r
•
Stofwisseling van metalen 2 Metaal-deficiëntie ziekten bij de mens
c. J. A. van den Hamer J.J.M.Marx (redactie)
Cu
Mg
Se Mn
Zn
Cu
Ca
Delftse Universitaire Pers
Stofwisseling van metalen 2
I
BIBLIOTHEEK TU Delft
p
IHffl111l
C
463230
Symposium gehouden te Utrecht op 24 november 1979
Interuniversitair Reactor Instituut, Delft Kliniek voor Inwendige Geneeskunde, Academisch Ziekenhuis Utrecht
Financiële steun werd verleend door Verenigde Bedrijven Nutricia B. V. te Zoetermeer en Astra Pharmaceutica B.V. te Rijswijk (Z.H.)
Stofwisseling van nletalen 2
Metaal-deficiëntie ziekten bij de mens
c. J. A. van den Hamer J.J.M.Marx (redactie)
Delftse Universitaire Pers i 1979
Uitgegeven en verspreid door Delftse Universitaire Pers Mijnbouwplein 11 2628 R T Delft telefoon (015) 78 3254
Copyright© 1979 Delft University Press, Delft, The Netherlands. No part of this book may he reproduced in any fonn by print, microfilm , photoprint or any other means without written pennission from the publisher . Voor alle kwesties inzake het fotokopiëren van één of meer pagina' s van deze uitgave: Stichting Reprorecht, Amsterdam . ISBN 90 6275 0265
Inhoudsopgave
Ten geleide
VII
Prof. dr. J . van de S Luys Veer Afdeling Algemene Interne Geneeskunde, Kliniek voor Inwendige Geneeskunde, Academisch Ziekenhuis , Utrecht IJzerdeficiëntie, enkele kl inische en pathophysiologische aspecten
Dr. J . J . M. Marx Afdeling Haematologie, Kliniek voor Inwendige Geneeskunde, Academisch Ziekenhuis , Utrecht Ziekten door calciumdeficiëntie
23
Dr. J.A . Raymakers Afdeling Algemene Interne Geneeskunde, Kliniek voor Inwendige Genee skunde, Academisch Ziekenhuis , Utrecht Magnesium, ischemische hartziekte en drinkwater
39
Drs . C.J. Kalkman Coronel Laboratorium, Universiteit van Amster dam Zink deficiency
59
Mw. dr. M. van Caillie- Bertrand Afdeling Gastro- enterologie , Sophia Kinderziekenhuis , Rotterdam Adema disease, mogelijk model voor Acrodermatitis enteropathica
71
Drs. J. van Loo Functionele Morphologie , Faculteit der Diergeneeskunde, Utrecht Ziekte van Menkes: koperdeficiëntie en koperstapeling
85
Ir. H. W. Prins Nucleaire Biotechniek, Interuniversitair Reactor Instituut, Delft Mangaan en mangaan-deficiëntie
101
Dr. A. J . E.M. Fisèher en Dr. W. Kuypers Kliniek voor Keel-, Neus - en Oorziekten, St . Radboudziekenhuis, Nijmegen Selenium en kanker
119
Ir . L. N. Vernie Afdeling Biochemie, Antoni van Leeuwenhoekhuis, Amsterdam Molybdeen-deficiëntie Een patiënt met een combinatie van xanthine-oxidase en sulfietoxidase deficiëntie: een molybdeen-afhankelijk aangeboren stofwisselingsdefect ?
133
Dr. C. v.d. Heiden Afdeling Enzymologie , Wilhelmina Kinderziekenhuis , Utrecht Bepaling van koper- en zinkstatus
141
Dr. C.J. A. van den Hamer Nucbeaire Biotechniek, Interuniversitair Reactor Instituut, Delft
V
Ten geleide
In 1978 werd door het Interuniversitair Reactor Instituut te Delft samen met de Kliniek voor Inwendige Geneeskunde van het Academisch Ziekenhuis te utrecht een Symposium georganiseerd met als onderwerp "Absorptie van metalen uit het maagdarmkanaal bij de mens". Het is verheugend dat dit symposium reeds een jaar later een vervolg krijgt, thans met als thema "Metaal-deficiëntie ziekten bij de mens".
Van een aantal metalen is reeds langere tijd bekend dat zij voor de mens tot de essentiële nutriënten behoren. Een tekort zal zich dan ook uiten in ziekteverschijnselen. Wat betreft ijzer en calcium zijn deze symptomen de meeste klinici welbekend. Het blijkt echter dat . de làatste jaren belangrijke, nieuwe gegevens ter beschikking zijn gekomen omtrent pathofysiologie en de diagnostiek. Ook de gevolgen van magnesium- en zinkdeficiëntie genieten reeds in bredere kring bekendheid. De afwijkingen die het gevolg zijn van een tekort aan koper, mangaan, selenium en molybdeen zullen de meeste .klinici echter niet zo helder voor de geest staan. Een deficiëntie aan één der hier besproken metalen kan voor de betrokkenen ernstige consequenties hebben. Als een deficiëntie op grote schaal voorkomt, b.v. als gevolg van verkeerde voedingsgewoonten of een ongewenste samenstelling van het drinkwater, dan kan dit belangrijke gevolgen hebben voor de volksgezondheid.
In dit boek worden van een aantal metaal-deficiëntie ziekten zowel de medische als meer fundamentele aspecten belicht. Hierbij blijken vaak opvallende over- eenkomsten te bestaan tussen de verschillende metalen, hetgeen weer perspectieven biedt voor verder onderzoek. De artikelen werden geschreven door onderzoekers uit diverse disciplines: artsen, biologen en chemici. Ook het symposium brengt "vogels van diverse pluimage" bijeen. Het is te hopen dat hierdoor een vruchtbare discussie ontstaat, waaruit dan zowel de deelnemers met een overwegend praktisch gerichte belangstelling als zij met meer theoretische interessen hun profijt kunnen trekken.
Utrecht, november 1979
Prof.dr. J. van de Sluys Veer, Kliniek voor Inwendige Geneeskunde Academisch Ziekenhuis Utrecht VII
IJZERDEFICIENTIE, ENKELE KLINISCHE EN PATHOPHYSIOLOGISCHE ASPECTEN
J.J.M. Marx
Inleiding IJzergebrek kan veroorzaakt worden door bloedverlies, meestal uit de tractus digestivus of door hypermenorrhoe, een toegenomen ijzerbehoefte tijdens de groei en in de zwangerschap, malabsorptie door coeliakie en na maagresecties en door een langdurig deficiënte voeding. Dit kan tenslotte resulteren in een ijzergebreksanaemie. Indien een dergelijke anaemie niet gecompliceerd wordt door andere ziekten is zij gemakkelijk te diagnostiseren en te behandelen. Men dient anaemie echter te beschouwen als een betrekkelijk late manifestatie van ijzerdeficiëntie. Dit zgn. manifeste
ijze~gebrek
een uitputting van de ijzervoorraden van het lichaam
wordt voorafgegaan door (prela~ent
ijzergebrek)
en vervolgens een afname van aan transferrine gebonden ijzer in het plasma (latent ijzergebrek) . Deze fasen bij de ontwikkeling van ijzergebrek werden beschreven door Verloop (1970) en Hausmann e.a.
(1971). Er ontstaat echter
niet alleen een tekort aan haemoglobine, waarvan ijzer het meest essentiële bestanddeel is, maar ook van een groot aantal andere verbindingen die betrokken zijn bij talrijke metabole processen. Langdurig ijzergebrek veroorzaakt dan ook ingrijpende veranderingen in praktisch alle weefsels. Deze veranderingen hebben zelden de dood ten gevolge (Ganzoni, 1976). Zij kunnen echter wel een aantal, min of meer ernstige, ziekteverschijnselen teweeg brengen. In dit artikel zullen de klinische aspecten en de diagnostiek van ijzergebrek besproken worden in nauwe relatie met de pathophysiologische achtergronden. Oorzaken en therapie komen slechts zijdelings ter sprake.
IJ.zer en ijzerbindende eiwitten IJzer is het metaal dat in de aarde, na aluminium, het meeste voorkomt. In waterige oplossing kan ijzer voorkomen in twee stabiele oxydatiegraden,
Fe 2 + en Fe 3+. Onder biologische omstandigheden echter, waar een praktisch neutrale pH en een atmosferische zuurstofdruk heerst, wordt Fe 2+ snel geoxydeerd tot Fe 3 + dat op zijn beurt gehydroliseerd wordt tot het onoplosbare, en daardoor biologisch onbruikbare, Fe(OH)3' Inderdaad bestaat het reserveijzer van het lichaam uit Fe(OH)3' Dit is echter opgeslagen in microkristallijne vorm binnen het ferritinemolecuul, een eiwitmantel die een ijzervoorraad van maximaal 4000 ijzeratomen omgeeft (Harrison e.a., 1974). Het ferritine met hèt daarin opgeslagen ijzer is wateroplosbaar en het ijzer kan zonodig gemakkelijk gemobiliseerd worden. Naast ferritine is er nog een onoplosbare depOt-ijzer verbinding, het haemosiderine, dat met de Berlijns Blauw kleuring onder de microscoop te zien is als grove of zeer fijne blauwe korrels, gelocaliseerd in het reticulo-endotheliale systeem (RES) van het beenmerg maar ook in andere organen.
IJzer in het plasma is praktisch geheel gebonden aan transferrine, een eiwit uit de bêta-globuline groep dat twee bindingsplaatsen voor ijzer bevat. Onder normale omstandigheden zijn lang niet alle bindingsplaatsen bezet. Bij een overmaat aan ijzer, zoals bij pathologische ijzerstapeling, wordt ijzer aspecifiek gebonden aan diverse andere eiwitten, vooral aan albumine. Er vindt in het lichaam een voortdurende uitwisseling plaats van ijzer tussen de diverse compartimenten. Deze uitwisseling geschiedt steeds via het aan transferrine gebonden plasma-ijzer. Indien men radioactief gelabeled ijzer (59Fe-transferrine) in de bloedbaan spuit kan men door mathematische analyse van de plasma-ijzer verdwijning berekenen hoe groot de dagelijkse turn-over van ijzer in het plasma is. Ook valt de inbouw van ijzer in de erythrocyten te kwantificeren, zowel de effectieve als de ineffectieve. In het laatste geval gaan erythroïde cellen reeds in het beenmerg te gronde, waarna het vrijkomende ijzer weer in het plasma terecht komt. Voorts is te berekenen hoeveel ijzer terecht komt in de extravasculaire ruimte en in de niet erythroide weefsels (Cavill e.a., 1976; Cavill e.a., 1977; Dinant, 1978). Deze berekeningen zijn slechts mogelijk m.b.v. een computer. Er zijn thans bij zoogdieren vele tientallen eiwitten geïsoleerd die ijzer bevatten . Enkele van deze eiwitten staan, met hun belangrijkste biologische functie, vermeld in Tabel I. Haemoglobine, dat normalerwijze 70% van de totale hoeveelheid ijzer in het lichaam bevat, is kwantitatief het belangrijkste. Veel van de symptomen bij ijzergebrek berusten echter op intracellulaire veranderingen t.g.v. een tekort aan ijzerverbindingen, in Tabel I genoemd onder 4 tlm 9, die minder dan 1% van de totale ijzerhoeveelheid bevatten 2
(ChishoDn, 1973; Oski, 1979). De in de mitochondria gelocaliseerde cytochromen zijn verantwoordelijk voor de produktie van cellulaire energie in de vorm van ATP (adenosine triphosphaat). Andere cytochromen worden gevonden in het endoplasmatisch reticulum. Cytochroom b5 is hier betrokken bij de eiwitsynthese e n cytochroom P450, m.n. in de lever, bij de oxydatieve afbraak van endogene substraten en lichaamsvreemde stoffen. De non-haem ijzerverbindingen omvatten enkele Fe-S proteïne n en metalloflavoproteïnen. In tabel I staan niet vermeld de eiwitten die géén ijzer bevatten maar wel ijzer of haem nodig hebben als een cofactor. Voorbeelden zijn aconitase (een enzym uit de citroenzuurcyclus) en tryptophaanpyrollase (Dallman e.a., 1978). Van sommige enzymen wordt vermoed dat zij ijzer bevatten hoewel nog onzekerheid bestaat in welke vorm, b.v. ribonucleotide reductase, dat van belang is bij de DNA-synthese (Hoffbrand e.a., 1976).
Tabel I. Enkele belangrijke ijzer-bevattende proteïnen bij de mens en hun functie (Malmström, 1970; Worwood, 1978). H
=
haem-bevattend, N
proteïne
=
non-haem mol.gew.
Fe-atomen/mol.
v66rkomen
1. IJzer-t ranspor t
transferrine (N)
77.000
o-
lactoferrine (N)
77 .000
0 - 2
2
plasma, mucosa melk, secretieprodukten, leukocyten
2.
I Jzer-ops lag ferritine (N) haemosiderine (N)
450-900.000 ?
o-
4000
tot 37%
alle cellen beenmerg, lever,
droog gewicht
milt
3. 02 t ranspor t haemoglobine (H)
65.000
myoglobine (H)
17.000
4
erythrocyten spieren
3
4. Electronen transport cytochroom b (H)
18 - 30.000
mitochondria
cytochroom b 5 (H) cytochroom c (H)
12.000
endopl. reticulum
12.000
mitochondria
cytochroom cl (H)
37.000
mitochondria 2
mitochondria
23 - 28
mitochondria
180.000
2
mitochondria
240.000
4
erythrocyten, lever,
succinaat dehydrogenase 27.000 (N)
NADH dehydrogenase (N)
?
5. Terminale oxydase cytochroom-oxydase (H)
6. Afbraak-peroxydase catalse (H)
peroxisomen lactoperoxidase (H)
93.000
melk
7. Hydroxylering sterotden en medicamenten cytochroom P 450 (H) adrenodoxine (N)
?
endopl. reticulum
ws.
12.500
2
mitochondria bijnier
275.000
8
melk, weefsels
8. Metabolisme nucleotiden xanthine-oxidase (N)
Klinische symptomen bij ijzergebrek In 1629 werd door Varrandeus een ziektebeeld beschreven, de chlorosis, dat veel voorkwam bij jonge meisjes en dat gepaard ging met intense bleekheid. Van deze ziekte die, als morbus virginum, al door Hippocrates gememoreerd werd is het reeds eeuwen lang bekend dat er verbetering optreedt na toediening van ijzer. Het definitieve bewijs dat hier sprake was van een ijzergebreksanaemie werd pas geleverd in 1936 toen bepaling van ijzer in het serum mogelijk werd (Heilmeyer en Harwerth, 1970). Ook het syndroom van Plummer Vinson (hypochrome anaemi, rhagaden, glossitis en dysphagie door atrofie van het slijmvlies van mond, pharynx en oesophagus) is een gevolg van ernstig ijzergebrek. 4
Dit syndroom berust vooral" op een stoornis van snel prolifererende weefsels, m.n. van de mucosa van het maagdarmkanaal. Ook de vorming van andere epitheliale weefsels is gestoord, zoals blijkt uit het optreden van koilonychia (lepeltjesnagels met dwarse en longitudinale scheurtjes) een droge huid met fissuren, haaruitval en ozaena (atrofische rhinitis). Soms is er sprake van uitgesproken spierzwakte. Indien ijzerdeficiëntie bij jonge kinderen optreedt kan dit vertraging van de groei geven als ook anorexie, irritatie, inactiviteit en leerstoornissen (Burman, 1974). Deze afwijkingen, m.n. ook de gestoorde groei, verdwijnen na ijzersuppietie (Judisch e.a., 1966).
Ondanks al deze symptomen is het moeilijk om op grond van het klinische beeld de diagnose ijzergebrek te
stelle~.
Vaak is er nl. bovendien sprake van onder-
voeding, een ziekte van het maagdarmkanaal en psychosociale problematiek. Vooral een symptoom als moeheid is moeilijk te interpreteren. Men nam vroeger aan dat bij een anaemie de perifere oxygenatie gestoord was met als gevolg moeheid, verminderd prestatievermogen en andere algemene symptomen. Dit is waarschijnlijk onjuist, zeker als de anaemie langzaam ontstaat. Er treedt dan n.l. een toename op van 2,3-DPG (biphosphoglyceraat) in de erythrocyten (Thomas e.a., 1974). Door een rechtsverschuiving van de 02-Hb dissociatiecurve verbetert de 02 afgifte aan de weefsels aanzienlijk. Bovendien zijn er bij anaemie cardiovasculaire compensatiemechanismen in de vorm van een snellere hartfrequentie, een groter slagvolume en een verminderde perifere weerstand (Varat e.a., 1972). Pas bij langdurige en intensieve lichamelijke inspanning gaat een lage Hb concentratie een beperkende factor vormen (Gardner e.a., 1975, 1977). Goed epidemiologisch onderzoek naar de symptomatologie van ijzergebreksanaemie werd verricht door Elwood en medewerkers (Elwood, 1968; Elwood e.a., 1969; Elwood
en Hughes, 1970). Een grote groep
vrouwen werd gedurende acht weken behandeld met een ijzerpreparaat of een placebo. In beide groepen was geen enkel verschil wat betreft verbetering van klachten zoals moeheid, hoofdpijn, kortademigheid, duizeligheid, irritatie, palpitaties en psychomotorische functies. Specifieke anaemiesymptomen treden pas op bij een Hb lager dan 5 mmol/l. Bij oude mensen kunnen er misschien al bij een hoger Hb problemen optreden als gevolg van de cardiovasculaire compensatie. Uit een aantal onderzoekingen blijkt dat de ziekteverschijnselen bij ijzergebreksanaemie waarschijnlijk niet berusten op de anaemie maar op het ijzergebrek. Fielding (1975) nam waar dat een aantal van bovengenoemde sYmptomen bij vrouwen met ijzergebreksanaemie pas verdween nadat de anaemie reeds 5
langere tijd gecorrigeerd was. Ericsson (1970) vond bij gezonde, oude proef- " personen een positieve correlatie tussen de hoeveelheid ijzer in het beenmerg en de arbeidscapaciteit. In een dubbelblind onderzoek zag hij na drie maanden "behandeling" met een placebo geen significante verbetering van de arbeidscapaciteit, ergometrisch onderzocht, maar wel na ijzermedicatie. Ohira e.a. (1978) behandelden drie groepen patiënten met een even laag Hb met resp. ijzerdextran, bloedtransfusies en placebo's. Alleen bij de met ijzer behandelde groep verminderde de hartfrequentie na inspanning. Bij patiënten met polycythaemia vera, die met aderlatingen behandeld worden totdat er een ijzergebrek optreedt, zien we vaak ernstige algemene symptomen, ondanks een normaal Hb, die verdwijnen na ijzermedicatie. Een merkwaardig symptoom dat wel gecorreleerd is met ijzergebrek maar niet met anaemie is pica: een onbedwingbare neiging om bepaalde "voedingsmiddelen" tot zich te nemen zoals ijs (pagophagie), klei of aarde (geophagie), toiletpapier of stijfsel. Crosby (1975) beschrijft mensen die 10 liter ijs, talrijke bossen selderij of worteltjes per dag eten. Met ijzermedicatie geneest pica binnen twee weken. Pica is waarschijnlijk niet alleen een symptoom van ijzermaar ook van zinkdeficiëntie. Youdim en Iancu (1977) vonden dat ook zinksuppletie de eetgewoonten kon normaliseren. Bij zorgvuldig navragen blijkt pica bij 50% van de patiënten met ijzergebrek voor te komen. Geophagie werd al in de zesde eeuw beschreven (door Actius, de lijfarts van Justinianus de eerste) en in de lOe eeuw werd al opgemerkt dat geophagie verdween als men ijzer aan de wijn toevoegde. In de Antillen en in Guyana is de afwijking bekend als "cachexie africaine". Geophagie is endemische in grote delen van Turkije en Iran (André e.a., 1974). Geophagie en microcytaire, hypochrome anaemie gaan dan gepaard met hepatosplenomegalie, hypogonadisme, dwerggroei en typische schedelafwijkingen. Het ziektebeeld onderhoudt zichzelf doordat toevoeging van aarde aan de voeding de absorptie van ijzer praktisch tot nul reduceert (Minnich e.a., 1968). De ziekte verdwijnt na ijzermedicatie, waarna men wel bedacht moet zijn op een resterende koper- of zinkdeficiëntie. De pathophysiologische relatie tussen ijzergebrek en gedragsveranderingen, zowel bij kinderen als bij volwassenen, is lange tijd geheel duister geweest. De epidemiologische studies op dit gebied zijn onbetrouwbaar door statistische onzorgvuldigheden (Oski, 1979). Webb en Oski (1974) en Voorhess e.a. (1975) namen echter waar dat bij mensen met een ijzergebreksanaemie de catecholamineconcentratie in de urine verhoogd was, mogelijk als gevolg van een monoamineoxydase- (MAO) deficiëntie. 6
De noradre naline excretie normaliseerde na vijf dagen intramusculaire ijzertoediening. Patiënten met een anaemie doch zonder ijzergebrek hadden een normale noradrenaline excretie. Zowel bij proefdieren als bij de mens is inmiddels aange toond dat er bij ijzergebrek een HAO-tekort optreedt in diverse weefsels (Youdim en Gre en, 1977; Woods e.a., 1977), waarschijnlijk doordat ijzer optreedt als co factor van dit enzym. IJzer speelt ook een rol als cofactor van t y rosinehydroxylase, het rate-limiting enzym bij de biosynthese van de ne urotransmittor 5-hydroxytryptamine (5-HT). De neurotransmittors hebben een belangrijke functie bij de regulering van het gedrag. Leibel e.a •. (1979), die de literatuur op dit gebied kritisch beoordeeld hebben, zijn echter van mening dat er, althans bij de mens, geen bewijs geleverd is dat de perifere veranderingen in
neu~otransmittors
bij ijzergebrek identieke
veranderingen geven in het centrale zenuwstelsel.
Diagnostiek van ijzergebrek De diagnostiek van ijzergebrek berust op evaluatie van een aantal haematologische parameters. Behandeling zal meestal pas plaatsvinden als er een anaemie (een te lange haemoglobineconcentratie) is ontstaan. De WHO-normen voor anaemie staan in tabel 11.
Tabel 11. Normen van de WHO (196B) voor anaemie. De aangegeven Hb-concentratie (in mmol/l) is de minimale normale waarde en geldt voor veneus bloed van personen die leven op zeeniveau.
Hb (mmol/l)
kinderen van 6 maanden tot 6 jaar
6,B
kinderen van 6 tot 14 jaar
7,5
volwassen mannen
B,l
volwassen vrouwen, niet zwanger
7,5
volwassen vrouwen, zwanger
6,B
Deze normale waarden berusten op statistische gegevens. Bij een individu met een nog normaal Bb kan toch reeds een aanzienlijke daling zijn opgetreden, b.v. als gevolg van chronisch bloedverlies. Bij bejaarden verschilt -het Hb niet met dat bij jonge volwassenen.
7
Alleen bij bejaarde mannen boven
~
75 jaar treedt er een lichte daling op
(Marx, 1976). Een overzicht van het Hb en de ijzerstatus vanaf de geboorte wordt gegeven door Verloop (1970). V66rdat er een anaemie ontstaat zijn er reeds een aantal veranderingen opgetreden die het mogelijk maken om ijzergebrek in een vroeg stadium te herkennen. Deze veranderingen en hun betekenis voor de diagnostiek worden besproken.
IJzer en erythropoiese De erythropoiese vindt plaats in het beenmerg, dat zorgt voor een produktie van + 2 x 10 6 erythrocyten per seconde (CaviII e.a., 1977). Onder invloed van erythropoietine, een hormoon dat geproduceerd wordt in de nieren, veranderen "committed" (unipotente) stamcellen in pro-erythroblasten. Er volgen enkele rijpingsdelingen, waarbij de proërythroblast overgaat in een basofiele, daarna polychromatische en vervolgens de niet meer delende orthochromatische erythroblast. In dat stadium wordt de kern uitgestoten, waarna de reticulocyt overblijft, die mitochondriên en restanten van ribosomen, het Golgi-systeem en RNA bevat (zie: Williams e.a . , 1977). De rijping van proêrythroblast naar reticulocyt duurt 72 uur. In de daarop volgende 48 uur rijpen de reticulocyten uit tot erythrocyten en deze verschijnen>, tezamen met een enkele reticulocyt, in de circulatie.
De belangrijkste gebeurtenis tijdens de ontwikkeling van de erythrocyten is de vorming van haemoglobine. Het hiertoe essentiële ijzer wordt verkregen uit het plasma, waarin ijzer gebonden is aan transferrine. Dankzij onderzoek van Konijn e.a. (1978) weten we dat de opname van ijzer vooral plaatsvindt in het erythroblasten stadium. Ook de reticulocyten zijn nog in staat om ijzer te incorporeren. De haem-synthese is het meest actief in het reticulocytenstadium. Over de wijze waarop ijzer de jonge erythroide cel binnentreedt bestaat nog geen eenstemmigheid. Het staat vast dat het ijzer-transferrine complex eerst bindt aan een specifieke membraanreceptor (Fielding en Speyer, 1974). Men tracht thans deze receptor nader te karakteriseren (van der Heul e.a., 1978). Het is zeer waarschijnlijk dat het Fe-transferrine, samen met de receptor, door pinocytose de cel binnentreedt (Morgan en Appleton, 1969; Sullivan e.a., 1976). Het is nog niet duidelijk hoe het transferrine haar ijzer in de erythrolde cel kwijtraakt: door overdracht aan een intermediaire carrier of door directe complexvorming met de mitochondria (Aisen en Brown, 1977). In elk geval komt het ijzer in de mitochondria terecht, waar haem ontstaat door 8
incorporatie van een ijzeratoom in het protoporphyrine.
Het beenmerg bij ijzergebrek Beenmergpreparaten van patiënten met een ijzergebreksanaemie tonen een uitgesproken actieve erythropoiese. Deze hypercellulariteit is waarschijnlijk niet het gevolg van een dynamisch proces dat tracht te compenseren voor de anaemie, maar van sequestratie van erythroide precursorcellen binnen het beenmerg (Tavassoli e.a., 1972). Dat de proliferatie van beenmergcellen bij ijzergebrek in principe niet gestoord is werd aangetoond door Wiener e.a. (1979), die een normale 3H-thymidine incorporatie vonden in het DNA van ijzerdeficiënte beenmergcellen. De geproduceerde erythroblasten zijn echter wel kleiner dan normaal en ze bevatten een smalle, ijle, rafelige cytoplasmazoom. Deze afwijkingen zijn echter niet
specifi~
en worden ook gevonden bij ijzer-
inbouwstoornissen en een anaemie ten gevolge van een ontstekingsproces. Van groot belang bij de diagnostiek van ijzergebrek is het onderzoek naar de aanwezigheid van non-haem ijzer in het reticulo-endotheliale systeem (RES) van het beenmerg. Met de Berlijns Blauw kleuring neemt men haemosiderine waar als blauwe korrels en vaak ook als diffuse blauwkleuring in de macrofagen (Hausmann en Kuse, 1970). In het cytoplasma van erythroblasten zijn met deze kleuring één of enkele blauwe korreltjes te zien. Bij ijzergebrek is noch in de macrofagen noch in de erythroblasten kleurbaar ijzer aantoonbaar. Dit - is, naast een verhoogde ijzerabsorptie, het eerste teken van ijzergebrek. Indien alle andere parameters negatief zijn spreekt men van "prelatent ijzergebrek". Soms kan men echter bij ijzergebrek toch blauwe korrels in de macrofagen aantreffen, nl. als dit ijzer niet of niet snel genoeg utiliseerbaar is: bij acuut bloedverlies, soms bij anaemie t.g.v. een ontstekingsproces en na behandeling met parenteraal ijzer, m.n. het grootmoleculaire ijzerdextran complex dat in eerste instantie in het RES terecht komt en van daaruit langzaam geutiliseerd wordt. In dergelijke gevallen kan men spreken van "fwtctio-
neel ijzergebrek" (Marx, 1976).
IJzerabsorptie Het RES in het beenmerg t de leve;!;' en de lllil t, waa;r; de ery-t hrocyten na -een levensduur van ongeveer 120 dagen worden afgebroken, is verreweg de belang9
rijkste ijzerleverancier voor de erythropoiese. Het ijzer wordt via het plasma, aan transferrine gebonden, naar het erythroide merg vervoerd. Zodra de ijzervoorraad is uitgeput, en ook reeds in situaties met functioneel ijzertekort, gaat de darmmucosa meer ijzer absorberen. Aangezien het lichaam niet over een mechanisme beschikt om de uitscheiding van ijzer te reguleren, treedt de ijzerabsorptie op als de belangrijkste regulator van de ijzerhuishouding (Marx, 1978 en 1979b). Zodra er méér ijzer nodig is voor de erythropoiese dan uit het RES vrijgemaakt kan worden gaat de darmmucosa meer ijzer absorberen, soms wel 5 maal zo veel als onder normale omstandigheden. Bij ijzergebrek is zowel de mucosa-opname door de borstelzoom als het transport van ijzer door de mucosa-cel heen verhoogd (Marx, 1979c). Dit regulatiemechanisme werkt op hoge leeftijd nog net zo goed als bij jonge mensen (Marx, 1979a), hoewel de utilisatie van oraal toegediend ijzer door de erythrocyten verminderd is. Een deel van dit ijzer wordt tijdens de eerste leverpassage, via de portale vaten, door de hepatocyten geretineerd (Marx e.a., 1978), maar kan waarschijnlijk weer in een later stadium vanuit de lever geutiliseerd worden. Onderzoek van de ijzerabsorptie wordt door Heinrich (1970) gepropageerd als de meest gevoelige test om ijzergebrek aan te tonen. De absorptie van . ijzer is echter, soms in dezelfde mate als bij ijzergebrek, verhoogd bij sommige vormen van secundaire en bij primaire haemosiderose. In die gevallen is ijzertherapie uiteraard gecontralndiceerd.
Serumijzer en ijzerbindingscapaciteit Vaak kan de toegenomen ijzerabsorptie gedurende langere tijd compenseren voor de verminderde aanvoer uit het RES. Al spoedig ziet men echter de plasmaijzer concentratie dalen. Dit terwijl het Hb nog geheel normaal is. Tegelijkertijd treedt er een toename op van het transferrine, dat in de lever geproduceerd wordt. Men spreekt in dit stadium van "latent ijzergebrek" (Verloop, 1970). In het laboratorium wordt meestal de serumijzer-concentratie (SY) bepaald .alsmede de totale ijzerbindingscapaciteit (TYBC
= de
maximale
hoeveelheid ijzer die in vitro aan de dan aanwezige serumeiwitten gebonden kan worden). De TYBC wordt praktisch geheel bepaald door het transferrine. Voor de praktijk is van belang dat het SY aanzienlijke dagschommelingen vertoont (Wiltink e.a., 1973). Dit is niet het geval met de TYBC en de later te bespreken serumferritine-concentratie. Omdat bij ijzergebrek het SY omlaag gaat en de TYBC stijgt zullen er relatief nog grotere verschillen optreden in de latente ijzerbindingscapaciteit (LYBC 10
= TYBC - SY) en de ijzerverzadigings-
fractie
(=
SY/TYBC). Differentiaal diagnostisch is van belang dat het SY ook
daalt, ondanks een normale of toegenomen hoeveelheid depOtijzer, bij ontstekingsprocessen en na een myocardinfarct (Handjani e.a., 1971). De LYBC kan eveneens dalen en de Fe-verzadigingsfractie blijft dan praktisch normaal. Volgens Konijn e.a. (1979) wordt de daling van ijzer in het plasma bij ontstekingsprocessen geïnduceerd door een primaire, niet door ijzer geïnduceerde, toegenomen produktie van ferritine. Dit werd waargenomen in rattelevers. Het plasma-ijzer zou dan secundair geïncorporeerd worden in het intracellulaire ferritine. De lage SY-concentratie, en tevens de anaemie, bij ontstekingsprocessen wordt mede veroorzaakt door een gestoorde reütilisatie van ijzer uit het RES (Torrance e.a., 1978). De afname van ijzer in het plasma en de toename van transferrine, c.q. van vrije ijzerbindingsplaatsen op het transferrine, kan fysiologische betekenis hebben bij de aspecifieke afweer van het :Drganisme tegen bacteriële infecties (Marcelis, 1979).
Serumferritine Bepaling van de ferritineconcentratie in het serum neemt de laatste jaren een steeds belangrijkere plaats in bij de diagnostiek van ijzergebrek. Sedert de beschrijving, door Addison e . a . (1972), van een radioimmunometrische methode om zeer kleine hoeveelheden ferritine in het serum te bepalen zijn er talrijke publicaties over dit onderwerp verschenen. Het is thans wel duidelijk dat ferritine niet slechts fungeert als een omhulsel van het depötijzer, maar een fundamentele rol speelt in het intracellulaire ijzermetabolisme. OVer de functie, de herkomst en de kinetiek van ferritine in het plasma is echter nog weinig bekend. Er is een uitstekende correlatie tussen de serumferritineconcentratie (SF) en de totale ijzervoorraad van het lichaam (Lipschitz e.a., 1974; Siimes e.a., 1974; Jacobs e.a., 1975). Het is echter merkwaardig dat dit serumferritine, zelfs bij patiënten met ernstige haemochromatose en met levercel-verval, vrijwel geen ijzer bevat (Worwood e.a., 1975; Zuyderhoudt e.a., 1978). Soms gaat de correlatie tussen SF en depOtijzer niet op. Bij een aantalontstekingsprocessen, met name vele maligne aandoeningen, en bij levercelbeschadiging wordt een hoge tot zeer hoge SF gevonden (Lipschitz e.a., 1974; worwood e.a., 1974; Jacobs e.a., 1976; Hazard en Drysdale, 1977; Zuyderhoudt, 1979). Kennelijk is de herkomst van dit ferritine anders dan onder normale omstandigheden. Dit wordt meer waarschijnlijk door de bevinding 11
dat ferritine, gelsoleerd uit verschillende weefsels, heterogeniteit toont, die o.a. tot uitdrukking komt in een verschillend isoëlectrisch punt bij isoelectrofocussing onderzoek (Drysdale e.a., 1977). Deze heterogeniteit geldt ook voor ferritine in het serum (McKeering e.a., 1976). Er zijn thans diverse radio-immuno assay kits ter bepaling van de SF in de handel. De resultaten van deze bepalingen, en dus ook de normale waarden, zijn niet onderling vergelijkbaar. Dit komt door (1) de grote verschillen in gevoeligheid en (2) doordat voor het opwekken van antistoffen ferritines afkomstig uit verschillende weefsels werden gebruikt (van Oost e.a., 1979). De gemiddelde SF is bij mannen hoger dan bij vrouwen. De stijging aan het einde van de puberteit is bij meisjes veel geringer dan bij jongens. Op hogere leeftijd blijft bij mannen de SF vrijwel constant terwijl bij vrouwen een flinke stijging optreedt (Cook e.a., 1976; Valberg e.a., 1976; Finch e.a., 1977). Bij pasgeborenen ligt de SF in dezelfde range als bij volwassen mannen, ondanks het feit dat bij de moeder steeds een zeer lage waarde gevonden wordt (van Eyk e.a., 1978; Kelly e.a., 1978).
De erythrocyten bij ijzergebrek Indien ijzergebrek zo ernstig is dat er een anaemie ontstaat spreekt men van
"manifest ijzergebrek" of "ijzergebreksanaemie". Bij progressie hiervan treedt er niet alleen een verdere daling van de haemoglobineconcentratie op, maar ziet men ook veranderingen in de vorm en de stofwisseling van de erythrocyten. In het bloeduitstrijkje ziet men eerst anisocytose (ongelijkheid in grootte) en poikilocytose (onregelmatigheid in vorm) ontstaan (Conrad en Crosby, 1962). In een iets later stadium ziet men microcytose (kleine cellen) en hypochromasie (weinig haemoglobine in de cellen) en daarna ook Target cells (schietschijfcellen). Deze veranderingen zijn niet karakteristiek voor ijzergebrek. Door aanvullend onderzoek, zoals boven beschreven, moet men differentiëren van de andere hypochrome anaemieën zoals sideroachrestische anaemieën en haemoglobinopathieën, waaronder m.n. de thalassaemie-syndromen in toenemende mate in Nederland voorkomen. Tijdens de ontwikkeling van een ijzergebreksanaemie treedt éérst een daling op van de MCV (mean corpuscular volume
=
haematocriet/erythrocyten) , daarna van de MCH (mean corpuscular
haemoglobin
= Hb/erythrocyten) en pas in een ver voortgeschreden stadium van = Hb/haematocriet), zoals
de MCHC (mean corpuscular haemoglobin concentration beschreven door England e.a. (1976). 12
Bij ijzergebrek is er een accumulatie van vrij porphyrine in de erythrocyten (Langer e.a., 1972). Dit komt doordat er relatief te weinig ijzer beschikbaar is voor de haemsynthese. Zoals bij de meeste anaemieën treedt er een stijging op van het 2,3-DPG (diphosphoglyceraat) teneinde een goede weefseloxygenatie te garanderen (Thomas e.a., 1974). Bij ijzergebrek is er echter geen mooie correlatie tussen de stijging van het 2,3-DPG en de ernst van de anaemie (Slawsky en Desforges, 1972; Birgeg~rd e.a., 1977). Toename van erythrocytair 2,3-DPG, dat een reversibele binding aangaat met deoxyhaemoglobine, vermindert de affiniteit van haemoglobine voor 02' Daardoor vindt een betere afgifte van 02 aan de weefsels plaats. Behalve een verminderde weefseloxygenatie speelt ook de intracellulaire pH een rol bij de synthese van 2,3-DPG. Haemoglobine is de belangrijkste buffer in de erythrocyt. Bij de hypochrome anaemieën is er per cel een relatief sterke afname van het haemoglobine-anion. Het is echter niet bekend of hierdoor intracellulair pH-verschuivingen van enige betekenis
optreden ~
_
De levensduur van erythrocyten is bij ijzergebreksanaemie verkort (Verloop e.a., 1960; Ricketts en Cavill, 1977). Dit kan een gevolg zijn van verhoogde kwetsbaarheid van de erythrocyten voor mechanische traumata, veranderingen in de pH of een versnelde veroudering. Bij ijzergebrek is de activiteit van verschillende enzymen die betrokken zijn bij de glycolyse verhoogd, o.a. van hexokinase, LDH, G6PD, 6-PGD, waarschijnlijk t.g.v. een gemiddeld jongere celpopulatie. Dit gaat gepaard met een verhoogde glucose consumptie en melkzuur produktie (Macdougall, 1968). Al deze veranderingen in de glycolyse normaliseren na correctie van de anaemie door ijzertherapie. De activiteit van glutathionperoxidase in de erythrocyten is aanzienlijk verminderd bij ijzergebreksanaemie (Cellerino e.a., 1976). Dit selenium bevattende enzym heeft tot taak om peroxiden te detoxificeren door middel van oxydatie van gereduceerd glutathion. Bij een deficiëntie kunnen membraan lipiden geoxideerd worden. Dit zou kunnen leiden tot een oxidatieve haemolyse en mogelijk ook de toegenomen dyserythropoiese (intramedullaire haemolyse) kunnen verklaren die bij ijzergebrek werd aangetoond (Diez-Ewald en Layrisse, 1968; Robinson, 1969; Cavill e.a., 1977). Enkele, voor de diagnostiek belangrijke, veranderingen die optreden tijdens de diverse stadia van ijzergebrek zijn samengevat in tabel 111.
13
Tabel 111. Diagnostische criteria voor ongecompliceerd ijzergebrek. n
= normaal;
-
= afwezig;
+
= aanwezig;
~
= toegenomen;
~
= afgenomen.
Fe-gebreksanaemie PreZatent
Latent
Fe-gebrek
Fe-gebrek
Licht
Hb
n
n
~
tJ.)
MCV
n
n
n / oj,
tJ.)
MCH
n
n
n / i-
ot
MCHC
n
n
n
n / ;,
.t
i-
ti-
Bepaling
ernstig
serum-Fe
n
LYBC
n
l'
11
TYBC
n
n / ~
~
Fe-verz. fractie
n
~
~
"I
f!
oln
oj,
oj,
l'
~
- / +
- / +
+
RES-ijzer Fe-absorptie serumferritine porphyrine in erythr. klinische symptomen
'" /
~
-
n / \? n
11
.,.
'" 'fI
Samenvatting IJzer is een essentieel bestanddeel van een groot aantal eiwitten die betrokken zijn bij o.a. het 02-transport, het electronentransport, de afbraak van peroxiden en de hydroxylering van lichaamsvreemde stoffen. Bij een ijzerdeficiëntie ziet men stoornissen optreden in al deze processen. Deze stoornissen treffen, direct of indirect, ook de synthese van proteïnen en nucleinezuren. IJzergebrek, meestal het gevolg van bloedverlies, onvolwaardige voeding of een toegenomen behoefte aan ijzer heeft derhalve invloed op vorm en functie van talrijke weefsels. Dit uit zich in een aantal meer of minder bekende ziektesymptomen, zowel haematologisch als niet-haematologisch van aard. De ernst van deze symptomen is afhankelijk van het stadium van de ijzerdeficiëntie: prelatent, latent of manifest. Pas bij manifest ijzergebrek is er sprake van een anaemie. De haematologische veranderingen vormen de sleutel tot de diagnostiek van het ijzergebrek. Een aantal van deze veranderingen werd besproken. Hierbij werd, voor zover mogelijk, ook de nadruk gelegd op pathofysiologische achtergronden. 14
Literatuur Addison, G.M., M.R. Beamish, C.N. Hales, M. Hodgkins, P. Llewellin: An immunoradiometric assay for ferritin in the serum of normal subjects and patients with iron deficiency and iron overload. J. Clin. Path., 25 (1972) 326 - 329. Aisen, P., E.B. Brown: The iron-binding function of transferrin in iron metabolism. Sem. Hematol., 14 (1977) 31 - 54.
André, R., G. Duhamel, A. Najman, G. Netter: Anémie microcytaire hypochrome et géophagie. Ann. Méd. Interne, 125 (1974) 249 - 252. Birgeg~rd,
G., C. Högman, A. Killander, H. Levander, B. Simonsson, L. Wide:
Serum ferritin and erythrocyte 2,3-DPG
d~ring
quantitated phlebotomy and
iron treatment. Scand. J. Haematol., 19 (1977) 327 - 333.
Burman, D.: Iron metabolism in infancy and childhood. In: Iron in biochemistry and medicine. Eds: A. Jacobs, M. Worwood. Academic Press, London and New York (1974) 543 - 562. Cavill, I., C. Ricketts, J.A.F. Napier, A. Jacobs: Ferrokinetics and erythropoiesis in man: red-cell production and destruction in normal and anaemic subjects. Br. J. Haematol., 35 (1977) 33 - 40. Cavill, I., C. Ricketts, J.A.F. Napier, A. Jacobs, D. Trevett, R.D. Bishop: The measurement of 59Fe clearance from the plasma. Scand. J. Haematol., 17 (1976) 160 - 166.
Cellerino, R., G. Guid, G. Perona: Plasma iron and erythrocytic gluthatione peroxidase. Scand. J. Haematol., 17 (1976) 111 - 116. Chisholm, M.: Tissue changes associated with iron deficiency. Clin. Haematology, 2 (1973) 303 - 322.
Çonrad, M.E., W.H. Crosby: The natural history of iron deficiency induced by phlebotomy. Blood, 20 (1962) 173 - 185.
15
Cook, J.D., C.A. Fineh, N.J. Smith: Evaluation of the iron status of a population. Blood, 48 (1976) 449 - 455.
Crosby, W.H.: Pica: a compulsion caused by iron deficiency. Br. J. Haematol., 34 (1976) 341 - 342. Dallman, P.R., E. BeutIer, C.A. Fineh: Effects of iron deficiency exclusive of anemia. Br. J. Haematol., 40 (1978) 179 -180. Diez-Ewald, M., M. Layrisse: Mechanisms of hemolysis in iron deficiency anemia. Futher studies. Blood, 32 (1968) 884 - 894.
Dinant, H.J.: Ferrokinetiek bij reumatoïde arthritis. Proefschrift, R.U. Utrecht (1978). Drysdale, J.W., T.G. Adelman, P. Arosio, D. CasareaIe, P. Fitzpatrick, J.T. Hazard, M. Yokota: Human isoferritins in normal and disease states. Sem. Hematol., 14 (1977) 71 - 88. Elwood, P.C. : Some epidemiologie al problems of iron deficiency anaemia. Proc. Nutr. Soc., 27 (1968) 14 - 23.
Elwood, P.C., D. Hughes: A clinical trial of iron therapy on psycho-motor function in anaemic women. Br. Med. J., 3 (1970) 254 - 255. Elwood, P.C., W.E. Waters, W.J.W. Greene, P.M. Sweetman, M.M. Wood : Symptoms and circulating haemoglobin. J. Chronic Dis., 21 (1969) 615 - 628. England, J.M., S.M. Ward, M.C. Down: Microcytosis, anisocytosis and the red cell indices in iron deficiency. Br. J. Haematol., 34 (1976) 589 - 597 . Eijk, H.G. van, M.J. Kroos, G.A. Hoogendoorn, H.C.S. Wallenburg: Serum ferritin and iron storing during pregnancy. Clin. Chim. Acta, 83 (1978) 81 - 91. Fielding, J.: Clinical symptoms and syndromes of iron deficiency. In : Iron metabolism and its disorders. Ed.: H. Kief. Excerpta Medica. Amsterdam (1975) 126 - 134.
16
Fielding, J., B.E. Speyer: Iron transport intermediates in human reticulocytes and the membrane binding site of iron-transferrin. Biochim. Biophys. Acta, 363 (1974) 387 - 396.
Finch, C.A., J.D. Cook, R.F. Labbe, M. Culala: Effects of blood donation on iron stores as evaluated by serum ferritin. Blood, 50 (1977) 441 - 447. Ganzoni, A.M.: Eisenmangel: Altes und Neues kritisch beleuchtet. Dtsch. Med. Wschr., 101 (1976) 713 - 719.
Gardner, G.W., V.R. Edgerton, R.J. Barnard, E.M. Bernauer: Cardiorespiratory, hematological and physical
perfo~ance
responses of anemic subjects to iron
treatment. Am. J. Clin. Nutr., 28 (1975) 982 - 988.
Gardner, G.W., V.R. Edgerton, B.
Senewir~tne,
R.J. Barnard, Y. Ohira:
Physical work capacity and metabolic stress in subjects with iron deficiency anemia. Am. J. Clin. Nutr., 30 (1977) 910 - 917. Handjani, A.M., A. Banihashemi, R. Rafiee, H. Tolou: Serum iron in acute myocardial infarction. Blut, 23 (1971) 363 - 366.
Harrison, P.M., T.G. Hoy, l.G. Macara, R.J. Hoare: Ferritin iron uptake and release. Structure - function relationships. Biochem. J., 143 (1974) 445 - 451. Hausmann, K., R. Kuse: Morphological types of non-heme iron in bone-marrow squash preparations and intestinal iron absorption. In: Iron deficiency. Eds: L. Hallberg, H.G. Harwerth, A. Vannotti. Academic Press, London and New York (1970) 297 - 306.
Hausmann, K., R. Kuse, K.H. Meinecke, H. Bartels, H.C. Heinrich: Diagnostische Kriterien des prälatenten, latenten und manifesten Eisenmangels. Klin. Wschr., 49 (1971) 1164 - 1174.
Hazard, J.T., J.W. Drysdale: Ferritinaemia in cancer. Nature, 265 (1977) 755 - 756.
Heilmeyer, L., H.G. Harwerth: Clinical manifestations of iron deficiency. In: Iron deficiency. Eds: L. Hallberg, H.G. Harwerth, A. Vannotti. Academic Press, London and New York (1970) 375 - 382. 17
Heinrich, H.C.: Intestinal iron absorption in man. Methods of measurement, dose relationship, diagnostic and therapeutic applications. In: _Iron deficiency. Eds: L. Hallberg, H.G. Harwerth, A. Vannotti. Academic Press, London and New York (1970) 213 - 296.
Heul, C. van der, M.J. Kroos, H.G. van Eijk: Binding sites of iron transferrin on rat reticulocytes. Inhibition by specific antibodies. Biochim. Biophys. Acta, 511 (1978) 430 - 441.
Hoffbrand, A.V., K. Ganeshaguru, J.W.L. Hooton, M.H.N. Tattersall: Effect of iron deficiency and desferrioxamine on DNA synthesis in human cells. Br. J. Haematol., 33 (1976) 517 - 526. Jacobs, A., A. Slater, J.A. Whittaker, G. Canellos, P.H. Wiernik: Serum ferritin concentration in untreated Hodgkin's disease. Br. J. Cancer, 34 (1976) 162 - 166.
Jacobs, A., M. Worwood: Ferritin in serum. Clinical and biochemical implications. N. Engl. J. Med., 292 (1975) 951 - 956. Jacobs, A., M. Worwood: Normal iron metabolism. In: Metals and the liver. Ed.: L.W. Powell. Marcel Dekker, New York and Basel (1978) 3 - 51.
Judisch, J.M., J.L. Naiman, F.A. Oski: The fallacy of the fat iron-deficient child. Pediatrics, 37 (1966) 987 - 993. Kelly, A.M., D.J. Macdonald, A.N. McDougall: Observations on maternal and fetal ferritin concentrations at term. Br. J. Obst. Gyn., 85 (1978) 338 - 343.
Konijn, A.M., N. Carmel, R. Levy, C. Hershko: The mechanism of increased ferritin synthesis in inflammation. 4th International Conference on Proteins of Iron Metabolism, Davos (1979) 58 (abstr.). Konijn, A.M., C. Hershko, G. Izak: Ferritin synthesis in developing erythroid precursor cells. Israel J. Med. Sci., 14 (1978) 1181 - 1185. Langer, E.E., R.G. Haining, R.F. Labbe, P. Jacobs, E.F. Crosby, C.A. Finch: Erythrocyte protoporphyrin. Blood, 40 (1972) 112 - 128.
18
Leibel, R., D. Greenfield, E. Pollitt: Biochemical and behavioural aspects of sideropenia. Br. J. Haematol., 41 (1979) 145 - 150.
Lipschitz, D.A., J.D. Cook, C.A. Finch: A clinical evaluation of serum ferritin as an index of iron stores. N. Engl. J. Med., 290 (1974) 1213 - 1216.
MacDougall, L.G.: Red cell metabolism in iron-deficiency anemia. J.
Pediatric~
72 (1968) 303 - 318.
Malmström, B.G.: Biochemical functions of iron. In: Iron deficiency. Eds: L. Hallberg, H.G. Harwerth, A. Vannotti. Academic Press, London and New York, (1970) 9 - 18.
Marcelis, J.H.: Interactions between bacteria and human iron binding proteins. Proefschrift, R.U. Utrecht (1979).
Marx, J.J:M.: De absorptie van ijzer bij bejaarden. Proefschrift, R.U. Utrecht (1976).
Marx, J.J.M.: De absorptie van ijzer. In: Absorptie van -metalen uit het maagdarmkanaal bij de mens. Eds: C.J.A. van den Hamer, J.J.M. Marx. Delftse Universitaire Pers, Delft (1978) 19 - 36.
Marx, J.J.M.: Normal iron absorption and decreased red cell iron up take in the aged. Blood, 53 (1979a) 204 - 211.
Marx, J.J.M.: Iron absorption and its regulation. A Review. Haematologica, 64 (1979b) 479 - 493. Marx, J.J.M.: Mucosal uptake, mucosal transfer and retention of iron, measured by whole body counting. Scand. J. Haematol. (1979c) in press.
Marx, J.J.M., B. van den BeId, H. Dinant: Ineffective erythropoiesis in young and old age, estimated by red cell iron uptake, af ter different ways of administration of 59Fe-test dose. 19th Dutch Federative Meeting, Rotterdam (1978) 129 (abstr.).
19
McKeering, L.V., J.W. Halliday, J.A. Caffin, U. Mack, L.W. Powell: Immunological detection of isoferritins in normal human serum and tissue. Clin. Chim. Acta, 67 (1976) 189 - 197.
Minnich, V., A. Okçuoglu, Y. Tarcon, A. Arcasoy, S. Cin, O. Yorukoglu, F. Renda, B. Demirag: Pica in Turkey.
11
Effects of clay upon iron absorption.
Am. J. Clin. Nutr., 21 (1968) 78 - 86.
Morgan, E.H., T.t. Appleton: Autoradiographic localization of 125I-Iabelled transferrin in rabbit reticulocytes. Nature, 223 (1969) 1371 - 1372. Ohira, Y., V.R. Edgerton, G.W. Gardners, B. Senewiratne, D.R. Simpson : Non-hemoglobin related effects on heart rate in iron deficiency anemia. Nutr. Rep. Internat., 18 (1978) 647 - 651.
Oost, B.A. van, F.L.A. Willekens, B.R. van Neerbos, B. van den BeId: Heterogeneity of serum ferritin studied with different radioimmunoassay kits. Internat. Soc. Haematol., Hamburg, V (1979) 19. Oski, F.A.: The nonhematologic manifestations of iron deficiency . Am. J. Dis. Child., 133 (1979) 315 - 322.
Ricketts, C., I. Cavill: Iron kinetics and erythropoiesis. In: Iron metabolism. Eds: R. Porter, D.W. Fitzsimons. Elsevier, Amsterdam (1977) 145 - 159. RObinson, S.H.: Increased formation of early-Iabeled bilirubin in rats with iron deficiency anemia: evidence of ineffective erythropoiesis. Blood, 33 (1969) 909 - 917.
Siimes, M.A., J.E. Addiego Jr., P.R. Dallman: Ferritin in serum: diagnosis of iron deficiency and iron overload in infants and children. Blood, 43 (1974) 581 - 590.
Slawsky, P., J.F. Desforges: Erythrocyte 2,3-Diphosphoglycerate in iron deficiency. Arch. Intern. Med., 129 (1972) 914 - 917. Sullivan, A.L., J.A. Grasso, L.R. Weintraub: Micropinicy tosis of transferrin by developing red celis: an electronmicroscopic study utilizing ferritinconjugated antibodies to transferrin. Blood, 47 (1976) 133 - 143. 20
Tavassoli, M., J.R. Durocher, W.H. Crosby: -Regeneration of marrow tissue in chronic iron deficiency in postweanling rats. Blood, 40 (1972 ) 129 - 135.
Thomas 111, F.H.M., S.S. Lefrak, R.S. Irwin, H.W. Fritts Jr., P.R.B. Caldwell: The oxyhemoglobin dissociation curve in health and disease. Role of 2,3-diphosphoglycerate. Am. J. Med., 57 (1974) 331 - 348. Torrance, J.D., R.W. Charlton, M.O. Simon, S.R. Lynch, T.H. Bothwell: The mechanism of endotoxin-induced hypoferraemia. Scand. J. Haematol., 21 (1978) 403 - 410.
Valberg, L.S., J. Sorbie, J. Ludwig, 0 . . Pelletier: Serumferritin and the iron status of Canadians. Can. Med.
~s.
J., 114 (1976) 417 - 421.
Varat, M.A., R.J. Adolph, N.O. Fowler: Cardiovascular effects of anemia. Am. Heart J., 83 (1972) 415 - 426.
Verloop, M.C.: Iron depletion without anemia: a controversional subject. Blood, 36 (1970) 657 - 671.
Verloop, M.C., M. van der Wolk, A.J. Heier: Radioactive iron studies in patients with iron-deficiency anemia with concurrent abnormal hemolysis. Blood, 15 (1960) 791 - 806. Voorhess, M.L., M.J. Stuart, J.A. Stockman, F.A. Oski: Iron deficiency anemia and increased urinary norepinephrine excretion. J. Paediatr., 86 (1975) 542 - 547.
Webb, T.E., F.A. Oski: Behavioral studies of young adolescents with iron deficiency anemia. J. Special Educ., 8 (1974) 153 - 156.
WHO: Nutritional anaemias. Wld. Hlth. Org. Techn. Ser., 405 (1968).
Wiener, E., J. Saunders, S.N. Wickramasinghe: Synthesis of nucleic acids by bone marrow cells form patients with iron deficiency anaemia. Haematologica, 64 (1979) 385 - 393.
Wiltink, W.F., J. Kruithof, C. Mol, G. Bos, H.G. van Eijk: Diurnal and nocturnal variations of the serum iron in normal subjects. Clin. Chim. 21
Acta, 49 (1973) 99 - 104. Williams, W.J., E. Beutler, A.J. Erslev, R.W. Rundles (Eds): Hematology, Second Edition. McGraw-Hill, New York (1977). Woods, H.F., M.B.H. Youdim, D. Boullin, S. Callender: Monoamine metabolism and platelet function in iron-deficiency anemia. In: Iron metabolism. Eds: R. Porter, D.W. Fitzsimons. Elsevier, Amsterdam (1977) 227 - 243. Worwood, M.: The clinical biochemistry of iron. Sem. Hematol., 14 (1977) 3 - 30. Worwood, M., W. Aherne, S. Dawkins, A. Jacobs: The characteristics of ferritin from human tissues, serum and blood celIs. Clin. Sci. Mol. Med., 48 (1975) 441 - 451.
Worwood, M., M. Summers, F. Miller, A. Jacobs, J.W. Whittaker: Ferritin in blood cells from normal subjects and patients with leukaemia. Br. J. Haematol., 28 (1974) 27 - 35. Youdim, M.B.H., A.R. Green: Biogenic Monoamine metabolism and functional activity in iron-deficient rats: behavioural correlates. In: Iron metabolism. Eds: R. Porter, D.W. Fitzsimons. Elsevier, Amsterdam (1977) 201 - 221. Youdim, M.B.H., T.C. Iancu: Pica hypothesis. Br. J. Haematol., 36 (1977) 298. Zuyderhoudt, F.J.M.: Some aspects of iron storage and storage iron in human and rat liver. Proefschrift, Universiteit van Amsterdam (1979). Zuyderhoudt, F.M.J., C. Linthorst, P. Hengeveld: On the iron content of human serum ferritin, especially in acute viral hepatitis and iron overload. Clin. Chim. Acta, 90 (1978) 93 - 99. /
22
ZIEKTEN DOOR CALCIUMDEFICIENTIE
J.A.
Raymakers
Inleiding Van de totale lichaamsvoorraad aan calcium bevindt zich ruim 99 % in minerale vorm in het skelet. Met andere woorden: Van de totale lichaamsvoorraad van 1,0 tot 1,3 kg calciumelement neemt slechts
~en
zeer kleine fractie deel aan
de metabole processen die zich afspelen in de extracellulaire vloeistof en de lichaamscellen. De ombouwprocessen in het skelet zijn in vergelijking met deze metabole processen zeer traag. Het lichaam beschikt echter in het skelet over een grote buffervoorraad calcium. Voor een goede functie van de lichaamscellen is van belang dat de concentratie van calcium in de lichaamsvloeistoffen (plasma en extracellulaire vloeistof) constant blijft binnen vrij nauwe grenzen. Kleine afwijkingen in die concentratie gaan aanstonds met ziekteverschijnselen gepaard. De calciumconcentratie in de extracellulaire vloeistof wordt vooral geregeld door het bijschildklierhormoon of parathyreoid-hormoon (PTH), terwijl andere hormonen, met name calcitonine en de metabolieten van vitamine D, eveneens een belangrijke rol bij de homeostase spelen. Het skelet fungeert bij de regulatieprocessen als buffervoorraad. Van daaruit kan calcium betrokken worden, dat verloren gaat via urine, faeces en zweet en dat niet uit de voeding aangevuld kan worden. In dat geval is het totale verlies uit het lichaam groter dan de opname met de voeding en is het lichaam dus in negatieve calciumbalans. Er ontstaat een vermindering van de totale hoeveelheid lichaamscalcium. De meting van de totale hoeveelheid lichaamscalcium is slechts met zeer ingewikkelde methoden mogelijk (neutronenactivatie analyse). Van veel meer belang is het te weten of het lichaam al dan niet in balans is wat betreft zijn opname en afgifte van calcium. Strikt genomen kan dit slechts vastgesteld worden tijdens een balansstudie, doch uit eenvoudiger biochemische bepalingen kan men wel aanwijzingen verkrijgen over de adaptatietoestand van de calciumhuishouding.
23
Definitie van calciumdeficiëntie Voor deze beschouwing en ook in de kliniek is de volgende definitie van calciumdeficiëntie bruikbaar: een zodanige verstoring van de calciumhuishouding dat de verliezen uit het lichaam de opname overtref f e n. Deze de finitie dekt alle situaties waarin een aanslag gepleegd wordt op de totale lichaamsvoorraad, ongeacht de oorzaak.
Regulatiemechanismen Een overzicht van de regulatie geeft Fig. 1.
o 0 , -- .PTH :
0
0
I I
I
Fig. 1. De hormonale r egulatie van de calciumhuishouding. Het niveau van de calciumionenconcentratie in de bloedhaan wor dt als pri mair r egulerend signaal beschouwd. Voor ver dere exp Zicatie zie de t eks t . 24
De bijschildklieren nemen een centrale plaats in onder de organen die de calciumhuishouding reguleren. De productie van hun hormoom, het PTH, is afhankelijk van de calciumspiegel. Indien de calciumconcentratie in het plasma binnen normale grenzen ligt is er een negatieve correlatie tussen de PTHspiegel en de calciumspiegel. PTH heeft (waarschijnlijk door de tussenkomst van de extra- en intracellulaire calciumspiegel) invloed op de productie van de metabolieten van vitamine D3 (cholecalciferol) in de nier. Bij hoge calciumspiegels wordt minder 1,25 dihydroxycholecalciferol (1,25 DHCC) geproduceerd, bij lage calciumspiegels minder 24,25(OH)2 cholecalciferol en omgekeerd. Tenslotte is ook de productie van calcitonine, dat bij de mens in de schildklier geproduceerd wordt, afhankelijk van de calciumspiegel, terwijl dit hormoon op zijn beurt de calciumspiegel weer beinvloedt. Calcitonine doet de calciumspiegel dalen, door remming van de osteolyse en van de tubulaire reabsorptie van calcium.
PTH en 1,25 DHCC doen het transport van calcium uit darm- en distale tubuluslumen en uit het bot naar de bloedbaan toenemen (HaussIer en McCain, 1977; Sutton e.a., 1977; Raisz e.a., 1975). Bij ontbreken van de mogelijkheid om calcium uit de darm aan te voeren zal de PTH en de vorming van 1,25 DHCC opgevoerd worden zodat de calciumspiegel ten koste van het skelet op peil gehouden wordt. De nier reageert op toename van de PTH-concentratie door een vergroting van de reabsorptie van calcium waarbij dus de uitscheiding afneemt. Wanneer de mogelijkheid om calcium uit de voeding op te nemen tekort schiet ten opzichte van de verliezen via darm, nieren en zweet, dan zal de afbraak van het skelet de aanmaak
gaan overheersen (Fig. 2). Op de lange
duur leidt dat tot een vermindering van de botmassa, tot osteoporose. Dat dit inderdaad gebeurt is in dierproeven aangetoond (Salomon, 1972). Het is echter nog niet bekend of dit mechanisme verantwoordelijk is voor osteoporose die op oudere leeftijd bij mensen wordt gezien (Jowsey, 1976). Wel wordt door sommigen aangenomen dat bij oudere mensen de mogelijkheid om de calciumabsorptie in het maagdarmkanaal aan te passen aan de behoefte van het lichaam ontoereikend wordt.
Wanneer door een defect in de niertubuli te veel calcium met de urine verloren gaat, zal ter compensatie meer calcium via de darm en uit het skelet aangevoerd worden. Wanneer de mogelijkheid om voldoende calcium via de darm aan te voeren ontbreekt zal een negatieve calciumbalans ontstaan. Dit is het geval bij renale tubulaire acidose en waarschijnlijk bij de ren ale vorm van 25
idiopathische hypercalciurie, die gepaard gaat me t het beeld van de juveniele idiopathische osteoporose (Fig. 3).
Fig. 2. Vers toring van de calciumhui shouding door te geringe toevoer van calcium met de voedi ng. He t schema i s af geleid van dat in f ig . 1., doch toont s lechts de r ol van PTH.
Stoornissen in de absorptie van calcium uit het maagdarmkanaal berusten vrijwel
steeds op een tekort aan vitamine D of op een stoornis in de stofwisse-
ling daarvan. Vitamine D speelt naast de genoemde transportfunctie ook een rol bij de mineralisatie van nieuw gevormde botmatrix (DeLuca, 1978). Waarschijn26
lijk is de metaboliet 24,25(OH)2 cholecalciferol de factor die noodzakelijk is voor een normale mineralisatie van de botmatrix (Kanis e.a., 1977). Bij vitamine D deficiëntie ontstaat dan ook een stoornis in de mineralisatie van de
) fdeces
f++
urine
Fig . 3. Verstoring van de caZciumhuishouding door te geringe reabsorptie van caZcium in de distaZe niertubuZi.
botmatrix. Tegelijkertijd is de absorptie van calcium gestoord, zodat de aanvoer van calcium naar de bloedbaan onvoldoende wordt; de calciumspiegel zal tot dalen neigen, waardoor de bijschildklieren gestimuleerd worden. Er ontstaat een secundaire hyperparathyreoidie. In het botweefsel ontstaat dan 27
naast de osteomalacie, die rechtstreeks met de vitamine D deficiëntie samenhangt, ook nog een ostitis fibrosa ten gevolge van de hyper functie van de bijschildklieren.
~orzaken
van calciumdeficiëntie
De aanpassingsmogelijkheid van de calciumabsorptie in het maagdarmkanaal is zeer groot, zodat alimentaire calciumdeficiëntie niet gemakkelijk ontstaat. Pas wanneer de calciumopname blijvend beneden de 5 mg/kg per dag daalt is het lichaam niet in staat de verliezen via darm, urine en zweet te compenseren via de absorptie. Alimentaire calciumdeficiëntie in strikte zin is dan ook uiterst zeldzaam. Vitamine D speelt een zeer belangrijke rol bij de adaptatie van de calciumabsorptie. Alimentaire vitamine D deficiëntie komt veel vaker
voor en leidt zoals boven beschreven tot een stoornis in de ab-
sorptie van calcium en in de mineralisatie van het skelet. Een verhoogd verlies van calcium kan optreden via de darm, bij de zogenaamde exsudatieve enteropathieën en via de nier bij de ren ale vorm van idiopathische hypercalciurie en renale tubulaire acidose. Meestal is echter een stoornis in de calciumabsorptie verantwoordelijk voor de calciumdeficiëntie. Een verhoogd verlies van calcium door stoornissen in het skelet wordt hier buiten beschouwing gelaten.
Oorzaken van gestoorde calciumabsorptie A. Stoornissen in het calciumtransport die niet op vitamine D tekort berusten. a. ziekten van het dunne darm slijmvlies zonder steatorrhoe; b. uitschakeling of kortsluiting van grote of belangrijke delen van de dunne darm (bij de BIl maagresectie is het duodenum uitgeschakeld). c. versnelde passage (bij BIl maagresectie, bij hyperthyreoidie). d. endocriene stoornissen (hypoparathyreoidie, hyperthyreoidie, M. Cushing). e. exogene factoren (alcoholmisbruik, toediening van cellulosefosfaat). B. Stoornissen in de calciumabsorptie als gevolg van vitamine. D deficiëntie öf afwijkingen in de vitamine D stofwisseling. a. alimentair tekort aan vitamine D. b. stoornissen in de absorptie van vitamine D door maldigestie en/of 28
malabsorptie van vetten (pancreasinsufficiëntie, glutengevoelige vlokatrofie, M. Crohn, BIl resectie, toediening van cholestyramine) . c. stoornissen in de stofwisseling van vitamine D (chronische nierinsufficiëntie, pseudo vitamine D resistente rhachitis, toediening van antiepileptica) . Vitamine D deficiëntie leidt zoals gezegd tot osteomalacie of, bij het kind, tot rhachitis. Op dit klinisch belangrijke ziektebeeld zal thans nader worden ingegaan.
Osteomalacie Osteomalacie wordt histologisch gekenmerkt als een toestand waarbij de hoeveelheid botweefsel normaal is, doch het botwèefsel onvoldoende is gemineraliseerd. Dit uit zich, m.b.v. een daartoe geschikte kleurtechniek, in het microscopische preparaat door de aanwezigheid van te veel en te brede "osteoide zomen" langs het botoppervlak. Dit osteoide weefsel is nieuw gevormde botmatrix waarin nog geen mineralisatie heeft plaatsgevonden. Het aantal osteoblasten is in verhouding tot de hoeveelheid osteoid gering. De reden voor het uitblijven van de mineralisatie is mogelijk een
ongu~stig
(te laag)
activiteitsproduct van calcium en fosfaat in de botweefselvloeistof. Dit kan men verwachten wanneer calcium- en fosfaatconcentratie in het plasma verlaagd zijn. Dit is echter niet de enige reden. Het komt voor dat, wanneer de osteomalacie geneest, ongemineraliseerde stukken osteoid blijven bestaan. Vitamine D is noodzakelijk voor de mineralisatie (Kanis e.a., 1977). Sinds kort zijn er aanwijzingen dat 24,25 DHCC de factor is die nodig is voor een normale mineralisatie. Hoe dat effect tot stand komt is nog niet bekend. Vitamine D heeft zo, afhankelijk van de behoefte van het lichaam, twee functies wat betreft het skelet: mobilisatie van calcium (1,25 DHCC) en opslag van calcium (mineralisatie)
(24,25 DHCC). De productie van beide metabolieten is afhanke-
lijk van de calciumconcentratie in het plasma.
Vitamine D heeft daarnaast invloed op de ontwikkeling van het kraakbeen en met name van de mineralisatie van het hypertrofische kraakbeen in de epiphysair schijven. Dit is de eerste stap in de omvorming van kraakbeen tot bot en
v~n
dit proces is de lengtegroei afhankelijk. Bij vitamine D deficiëntie
blijft de botvorming ter hoogte van de epiphysair schijven achter en is de lengtegroei gestoord. De epiphysair schijf is te breed. Dit is het beeld van 29
rhachitis dat ontstaat bij kinderen met vitamine D deficiëntie. Het onvoldoende gemineraliseerde bot is te weinig bestand tegen de normale
belasting en
te buigzaam. Daardoor treden misvormingen op. Op plaatsen van zware belasting treedt pijn op en op röntgenfoto's ziet men zogenaamde pseudofracturen (streepvormige ophelderingen, loodrecht op de as van het botstuk, zones van Looser-Milkman).Men vindt dit vooral in de femurhalzen en het bekken. Ook epiphysiolyse, bijvoorbeeld van de femurkop, komt voor. De patienten hebben pijnklachten: vooral pijn bij het lopen in de liezen, ook pijn bij druk op de ribben en het bekken.
Vitamine D deficiëntie is nadelig voor de spierfunctie. OVer de betekenis van Vitamine D voor de spierfunctie is nog betrekkelijk weinig bekend, doch het is zeer aannemelijk dat vitamine D ook in de spiercellen een belangrijke transportfunctie heeft met betrekking tot calciumionen. De myopathie die door vitamine D tekort ontstaat uit zich vooral in de proximale spieren van de extremiteiten. Deze myopathie leidt tot krachtverlies en, samen met de eventuele botmisvorming en pijn tot loopstoornissen. Vaak wordt een typische eendegang gezien. Bij biochemisch onderzoek van het serum is de eerste aanwijzing voor een stoornis een toename van de activiteit van alkalische fosfatase. In een eerder stadium kan de calciumconcentratie in het serum nog redelijk op peil gehouden worden door verhoging van de bijschildklierfunctie. Daardoor daalt wel de fosfaatspiegel (PTH doet immers de fosfaatuitscheiding door de nieren toenemen). Tenslotte kan ook de calciumconcentratie te laag worden en kunnen tetanische klachten optreden. Langbestaande vitamine D deficiëntie leidt behalve tot osteomalacie ook tot verlies van botmassa dus tot osteoporose. De therapie bestaat altijd uit het toedienen van vitamine D waarmee alle afwijkingen behalve de osteoporose genezen.
Osteoporose Bij ieder mens neemt de botmassa boven de middelbare leeftijd af. Bij vrouwen in de jaren na de menopauze in sneller tempo dan bij de man. Osteoporose kan het beste worden gedefiniëerd als een zodanige vermindering van de botmassa dat het skelet niet in staat is aan de normale belasting weerstand te bieden. Bij niet overmatige belasting ontstaan dan fracturen, meestal in de wervels,
30
vaak ook in de femurhalzen en ook de fractura radii typica wordt vaak gezien. Of osteoporose bij de mens gezien moet worden als een calciumdeficiëntieziekte is nog geen uitgemaakte zaak. Waarschijnlijk zijn endocrinologische factoren van veel meer belang voor het ontstaan van allerlei vormen van osteoporose. Bij dieren kan echter door kunstmatige alimentaire calciumdeficiëntie wel een osteoporose beeld worden veroorzaakt. Volgens Nordin e.a. (1975) bestaat bij pre-seniele osteoporose vaak een verminderde absorptiecapaciteit voor calcium, of door een functiestoornis van het darmepitheel, of wel door een verminderde productie van vitamine-D metabolieten.
Een curatieve behandeling moet gericht zijn op herstel van de botmassa. Bot is een traag groeiend weefseL en het is niet eenvouding om de botombouwactiviteit zo te stimuleren dat dit binnen afzienbare tijd resultaat oplevert. Toediening van calcium en extra vitamine D is . mogelijk in staat om het voortschrijden van osteoporose tegen te gaan. :-Om echter de ombouwactiviteit te stimuleren en bovendien te bereiken dat de aanmaak de afbraak overtreft is behandeling met minder fysiologische medicamenten momenteel de enige mogelijkheid. Veelbelovend is de therapie met fluoride in combinatie met calcium en vitamine D (Van Kesteren, 1978).
Ziekten van het slijmvlies van de dunne darm Een normale functie en een normale bouw van het dunne darm slijmvlies zijn noodzakelijk voor een goed verloop van alle absorptieprocessen. Bij stoornissen in de absorptieve functie van de dunne darm is vrijwel altijd de vetabsorptie gestoord, hetgeen ook tot een te geringe absorptie van vitamine D leidt. Bij glutengevoelige vlokatrofie is het lipidentransport door de cellen gestoord en is bovendien het absorberend oppervlak enorm afgenomen, zodat rechtstreeks en via de vetmalabsorptie een stoornis in de calciumabsorptie ontstaat. Steatorrhoe leidt bovendien door kalkverzeping tot verlies van calcium met de faeces. Bij uitgebreide vormen van ileitis regionalis en na resectie van grote stukken dunne darm is de totale absorptiecapaciteit van de darm verminderd. Het duodenum heeft een grote absorptiecapaciteit voor calcium. Na maagresectie volgens BIl passeert de voedselmassa het duodenum niet. Na deze operatie wordt vaker osteoporose gezien, dan na andere ingr:pen in de bovenbuik, hetgeen met deze "kortsluiting" in verband gebracht wordt (Korver, 1975). 31
Bij de zogenaamde exsudatieve enteropathieën is de hoeveelheid calcium die met de darmsecreten in het lumen terechtkomt sterk toegenomen. De verliezen met de faeces kunnen daardoor ondanks een redelijke absorptie groter zijn dan de opname met voeding.
Hormonale stoornissen Bij hypoparathyreoidie is de calciumabsorptie verminderd. Bij hyperthyreoidie bestaat eveneens een negatieve calciumbalans. De verminderde calciumabsorptie is voor een deel het gevolg van de versnelde passage doOr de darm en voor een deel het gevolg van de verminderde bijschildklieractiviteit. Daarbij is bij hyperthyreoidie de calciumuitscheiding toegenomen door een verhoogde botafbraak. Hyperthyreoidie kan dan ook tot ernstige osteoporose leiden (Adams e.a., 1967). Ook bij hyper functie van de bijnierschors ontstaat een negatieve calciumbalans, onder andere door een verminderde absorptie van calcium uit het maagdarmkanaal. Het mechanisme daarvan is nog niet opgehelderd.
Exogene factoren Chronisch gebruik van alcohol doet het calciumtransport door de dunne darm afnemen (Luisier e.a., 1977). De werking is rechtstreeks, maar vrijwel steeds bestaat ook een alimentaire vitamine D deficiëntie. Stoffen die calcium in de darm binden zoals de ionenwisselaar cellulosefosfaat verhinderen de absorptie van calcium. Cellulosefosfaat wordt wel toegepast voor de behandeling van idiopathische hypercalciurie van het enterale type. Bij die aandoening is er een primaire stoornis in de absorptie van calcium, in die zin dat deze absorptie te hoog is.
Lactase deficiëntie en calciumabsorptie Lactose is een belangrijk bestanddeel van melk en dit is onze belangrijkste mineraalbron, met name in de periode dat het skelet wordt opgebouwd. Lactose heeft via een nog niet opgehelderd mechanisme een stimulerend effect op de calciumabsorptie. Bij veel etnische groepen neemt de lactase-activiteit in het slijmvlies van de dunne darm sterk af na de kleuterleeftijd. Bij de
32
blanke rassen blijft zij meestal bestaan. Bij afwezigheid van lactase (lactase deficiëntie) kan intolerantie voor lactose optreden. Daardoor kan diarree ontstaan en het gevolg is dat de betrokkene zoete melkproducten gaat vermijden. Daaruit kan dan weer een alimentaire calciumdeficiëntie ontstaan. De calciumabsorptie zelf is echter in deze situatie niet gestoord (Birge e.a., 1967). Lactose intolerantie kan ook ontstaan in het kader van dunne darm aandoeningen waarbij ook andere absorptieprocessen gestoord kunnen zijn.
Alimentair tekort aan vitamine D De huid is in staat cholecalciferol te synthetiseren onder invloed van ultraviolet licht. Daar waar zonlicht onvoldoende voor handen is moet de voeding de belangrijkste vitamine D bron zijn. In pnze streken wordt 100 E per dag als minimaal wenselijke hoeveelheid beschouwd. Met name bij een streng vegetarisch dieet is de kans op vitamine D deficiëntie groot.
Stoornissen in de absorptie van vitamine D Alle aandoeningen waarbij de digestie enjof de absorptie van vetten gestoord is leiden ook tot verminderde absorptie van vitamine D. Pancreasinsufficiëntie en dunne darm ziekten die met steatorrhoe gepaard gaan hebben alle een stoornis in de absorptie van calcium tot gevolg. Vitamine D metabolieten hebben een belangrijke enterohepatische kringloop. Ze worden in geglucuroneerde vorm in de darm uitgescheiden en met name in het terminale ileum weer geabsorbeerd. Met name bij de M. Crohn en na dunne darm secretie kan vitamine D depletie ontstaan door verstoring van de kringloop. Hetzelfde geldt voor de toediening van cholestyramine. Ook kan de toediening van cholestyramine (toegepast bij hyperlipidemieën en primaire biliaire cirrhose) tot steatorrhoe leiden en zodoende tot vitamine D deficiëntie.
Stoornissen in de omzetting van vitamine D De meest voorkomende stoornis doet zich voor bij chronische nierinsufficiëntie. Hierbij is de productie van l,25(OH)2D3 in de nier onvoldoende, zowel door verlies van nierweefsel als mogelijk ook door de hyperfosfatemie. Chronische 33
nier insufficiëntie leidt dan ook tot een aandoening van het skelet die bestaat uit een combinatie van ostitis fibrosa (ten gevolge van de hyperparathyreoldie) en uit osteomalacie (ten gevolge van het vitamine D tekort). Door toediening van de fysiologische metabolieten of grote hoeveelheden vitamine D is deze complicatie ten dele te voorkomen.
Chronische leverziekten, met name primaire biliaire cirrhose, leiden eveneens tot een stoornis in de vitamine D stofwisseling. Naast een eventuele afname van de productie van 25 HCC speelt een verstoring van de enterohepatische kringloop van 25 Hee hier waarschijnlijk een rol. Dit wordt nog versterkt door toediening van cholestyramine. Het gebruik van anti-epileptica, met name diphantoine en barbituraten, leidt soms na vele jaren tot osteomalacie. Dit gebeurt waarschijnlijk bij hen die reeds een marginale aanvoer van vitamine D hadden. De afwijking komt waarschijnlijk tot stand doordat de anti-epileptica via enzyminductie in de lever een versnelde omzetting van vitamine D tot niet werkzame afbraakproducten teweegbrengen (Hahn en Avioli, 1975). Toediening van een redelijke hoeveelheid vitamine D (enkele honderden eenheden per dag) is voldoende om de afwijking te voorkomen. Meestal manifesteert zich dit probleem ' in de' vorm van loopstoornissen die het gevolg zijn van osteomalacie.
Bij de vitamine D afhankelijke of pseudo-vitamine-D-resistente rhachitis bestaat er een genetisch bepaald defect in de omzetting van 25(OH)D
in 3 farmacologische doses vitamine D of normale
1,25(OH)D in de nier. Met 3 hoeveelheden 1,25 is deze afwijking te genezen (Fraser e.a.,
1973).
Idiopathische hypercalciurie Bij een klein deel van de patienten met idiopathische
~ypercalciurie
bestaat
een stoornis in de tubulaire reabsorptie van calcium. Ten gevolge van de hypercalciurie ontstaat vaak een niersteenlijden. Deze patienten kunnen in een negatieve calciumbalans geraken en soms ontstaat naast het niersteenlijden het beeld van de idiopathische juveniele osteoporose. Er is een secundaire hyperparathyreoldie die reversibel is door toediening van thiazide diuretica (eoe e.a., 1973). Deze middelen doen de calciumuitscheiding door de nier afnemen. Bij deze patienten is het dus praktisch van belang de calciumtoevoer niet te sterk te beperken omdat daardoor een verergering van de 34
toestand kan ontstaan. Men moet bij hen de calciumuitscheiding doen afnemen door middel van thiazide diuretica of verwante stoffen.
Ook bij renale
tubulaire acidose van het klassieke type (het distale type)
treedt hypercalciurie op, vaak is dit gecombineerd met andere tubulaire functiestoornissen. Er is altijd hyperfosfaturie en een lage fosfaatspiegel. De concentraties van fosfaat en calcium in het serum zijn beide verlaagd en er treedt osteomalacie of bij het kind rhachitis op.
Samenvatting Ziekten waarbij een stoornis bestaat in de homeostase van de totale lichaamsvoorraad van calcium zijn meestal het gevolg van stoornissen in de opname of de stofwisseling van vitamine D. Bij een gecombineerde stoornis van de opname van vitamine D en calcium ontstaat meestal het beeld van osteomalacie in combinatie met dat van secundaire hyperparathyreoïdie. Dit vinden wij het meest uitgesproken bij de chronische nierinsufficiëntie. Een geïsoleerde stoornis in de absorptie van calcium is niet bekend. Mogelijk bestaat er op oudere leeftijd een relatief tekort in de adaptatiemogelijkheden van de calciumabsorptie. Geïsoleerde calciumdeficiëntie leidt via secundaire hyperparathyreoïdie op de lange duur tot een vermindering van de skeletmassa en _ dus tot osteoporose. De homeostase van de calciumhuishouding is zo ingericht dat desnoods ten koste van de voorraden in het skelet de calciumspiegel in het serum zo lang mogelijk op het juiste niveau wordt gehandhaafd.
35
Literatuur Adams, P.H., J. Jowsey, D.J. Kelly, B.L. Riggs, V.R. Kinney, J.D. Jones: Effects of hyperthyroidism on bone and mineral metabolism in men. Quart. J. Med., 36 (1967) 1 - 15. Birge, S.J. jr., H.T. Keutmann, P. Cuatrecasas e .a.: Osteoporosis, intestinal lactase deficiency and low dietary calcium intake. New Engl. J. Med., 276 (1967) 445 - 448.
Coe, F.L., J.M. Canterbury, J.J. Firgo, E. Reiss: Evidence for secondary hyperparathyroidism in idiopathic hypercalciuria. J. Clin. Invest., 52 (1973) 131 - 142. DeLuca, H.F.: Vitamin D Metabolism and Function. Arch. Int. Med. 138
(1978)
836 - 847.
Fraser, D., S.W. Kooh, H.D. Kind, M.F. Holick, Y. Tanaka, H.F. DeLuca: Pathogenesis of hereditary vitamin D-dependent rickets: An inborn error of vitamin D metabolism, involving defective conversion of 25-hydroxycholecalciferol to 1,25-dihydroxyvitamin D. New Eng. J. Med., 289 (1973) 817 - 822.
Hahn, T.J., L.V. Avioli: Anticonvulsant osteomalacia. Arch. Int. Med., 135 (1975) 997 - 1000. HaussIer, M.R., T.A. McCain: Basic and clinical concepts related to vitamin D metabolism and action. New Engl. J. Med., 974 (1977) 1941 - 1950.
Jowsey, J.: Osteoporosis, its nature and the role of diet. Postgrad. Med., 60 (1976) 75 - 80. Kanis, J.A., T. Cundy, M. Bartiett, R. Smith, G. Heynen, G.T. Warner, R.G.G. Russell: Is 24,25-dihydroxycholecalciferol a calcium-regulating hormone in man? Br. Med. J., 1 (1978) 1382 - 1386. Kesteren, R.G. van: De behandeling van osteoporose met natriumfluoride op geleide van de concentratie van fluoride in het serum. proefschrift, R.U. Utrecht (1978).
36
Korver, M.F.: De late gevolgen van partiële maagresectie. Stoornissen in de calcium- en fosfaathuishouding. Proefschrift, R.U. Utrecht (1975).
Luisier, M., J.F. Vodoz, A. Donath, B. Courvoisier, B. Garcia: Carence en 25-hydroxy vitamine D avec diminution de l'absorption et de la densité osseuse dans l'alcoolisme chronique. Schw. Med. Wchs., 107 (1977) 1529. Nordin, B.G.C., R. Wilkinson, D.H. Marshall, J.C. Gallagher, A. Williams, M. Peacock: Calcium absorption in the elderly. In: Calcified Tissues. Eds.: S.P. Nielsen, E.
Hj~rting-Hansen.
Fadl Verlag, Kopenhagen (1975)
442 - 451.
Paassen, H.C. van: De botstofwisseling omstreeks de menopauze. Proefschrift, R.U. Utrecht (1979).
Raisz, L.G., C.L. Trummel, M.F. Holick et al.: 1,25 Dihydroxycholecalciferol: a potent stimulator of bone resorption in tissue culture. Science, 175 (1972) 768 - 769.
Salomon, C.D.: Osteoporosis following calcium deficiency in rats. Calc. Tiss. Res., 8 (1972) 320 - 333.
Sutton, R.A.L., N.L.M. Wong, J.H. Dirks: Effects of vitamin D on renal tubular calcium transport. In: clinical
aspec~s
Vitamin D, biochemical, chemical and
related to calcium metabolism. Eds.: A.W. Norman,
K. Schaefer e.a., W. de Gruyter, Berlin (1977) 451 - 453.
37
MAGNESIUM, ISCHEMISCHE HARTZIEKTE EN DRINKWATER
C.J. Kalkrnan
Inleiding Er is nog steeds een grote achterstand in kennis wat betre ft de klinische en voedingsaspecten van magne s ium en magne siumdeficiëntie. Voor deze achterstand zijn enkele duidelijke oorzaken aanwijsbaar: - een goede analysemethode (atoomabsorptie-spectrometrie) kwam pas laat, nl. na 1960, beschikbaar; - de voornamelijk intracellulaire lokalisatie maakt Mg voor onderzoek moeilijk toegankelijk; depletie is niet gemakkelijk aan te tonen; - door de uiterst veelzijdige rol in het metabolisme leidt Mg-deficiëntie allerminst tot
specifi eke
symptomen.
Mg-deficiëntie is niet zeldzaam: een aantal in de kliniek regelmatig voorkomende situaties kunnen leiden tot hypomagnesemie en/of magnesiumdepletie. Re eds in de 18e eeuw wist men dat Mg onmisbaar is voor de groene plant. Het belang voor het dierlijk orgê\nisme werd echter pas in 1932 aangetoond, toen Kruse e.a. voor de eerste maal experimenteel een magnesiumdeficiëntie produceerden bij de rat. Ondanks ettelijke duiz.e nden publicaties die sindsdien over het onderwerp zijn verschenen, zijn medici en voedingsdeskundigen nog grotendeels onbekend met de pathologie van Mg-deficiëntie. Vanuit meerdere disciplines neemt de belangstelling voor Mg echter toe. Het is waarschijnlijk dat Mg-deficiëntie mede een rol speelt bij het ontstaan van ischemische hartziekte en/of de wijze van overlijden daaraan tengevolge van letale ritmestoornissen. Sommige onderzoekers menen dat de westerse voeding, die relatief veel
geraffi~
neerde produkten bevat, deficiënt aan Mg is. Zij vermoeden, veelal op grond van dierexperimenteel onderzoek, dat deze
sium
suboptima Ze voorziening met magne-
een rol speelt bij de pathogenese van ischemische hartziekte (Szelényi,
1973; Seelig en Heggtveit, 1974; Chipperfield en Chipperfield, 1977; Johnson e.a., 1979). De recente ontwikkelingen op dit gebied worden nauwlettend gevolgd door epidemiologen en medici die sinds 20 jaar e en verklaring zoeken voor ' het zgn. drinkwatereffect. In een aantal landen is een duidelijke negatieve 39
associatie waargenomen tussen de ha rdheid (Ca- e n Mg-gehalte ) van het d rinkwater in diverse gebieden en de sterfte aan cardiovasculaire ziekte n. Eén van de hypotheses ter verklaring van deze lagere cardiovasculaire mortaliteit in gebieden met hard drinkwater staat momenteel zeer in de belangstelling: de hoeveelheid magnesium die hard water toevoegt aan een wat magnesium betreft onv()lwaardige voeding, zou de totale magnesium- "intake" van suboptimaal (hoger cardiovasculair risico) naar juist optimaal kunnen brengen. Aangezien men in Nederland van plan is het drinkwater om milieutechnische en economische redenen centraal te gaan ontharden - d.w.z. van Ca en Mg te ontdoen - is het van belang dat deze hypothese getoetst wordt teneinde een uitspraak te kunnen doen over de eventuele gezondheidsrisico's van centrale drinkwaterontharding. Dit artikel is een bewerking van een uitvoerig literatuuronderzoek naar de relatie tussen magnesium, hart/vaatziekten en drinkwater, dat in opdracht van de Werkgroep Gezondheidsaspecten Centrale Drinkwaterontharding werd verricht op het Coronel Laboratorium van de Universiteit van Amsterdam (Kalkman, 1979).
De rol van Mg in het metabolisme Er bestaan goede overzichtsartikelen over de biochemie en fysiologie van Mg (Walser, 1967; Wacker en Parisi, 1968; Aikawa, 1971; 1976; Polimeni and Page, 1973). Mg is het 4e kation in het lichaam na natrium, kalium en calcium. Iemand van 70 kg (waarvan 20% vet) bevat
~
1000 mmolof 24,3 gram Mg. Iets
meer dan 50% hiervan is gebonden in het skelet, de rest bevindt zich in de spieren (26,5%) en diverse organen. Kwantitatief is Mg na kalium het belangrijkste intracellulaire kation; slechts 1% van het Mg in het lichaam bevindt zich in de extracellulaire vloeistof. Van alle zachte weefsels hebben skeleten hartspier de hoogste Mg-concentratie; men vindt in de literatuur waanden tussen 7 en 9 mmol/kg nat gewicht. De Mg-concentratie in erythrocyten bedraagt ongeveer 2.0 mmol/liter. Serumwaarden tussen 0.8 en 1.0 mmol/liter worden als normaal beschouwd. Abs o~ tie
vindt voornamelijk plaats in de dunne darm. Onder normale omstandig-
heden wordt ongeveer 40% van het Mg uit de voeding geabsorbeerd (4-7 mmol per dag). Over het transportmechanisme is weinig bekend. Vele factoren beinvloeden de Mg-absorptie. Een hoog aanbod van calcium, fosfaat of vrije vetzuren werkt remmend, evenals een snelle darmpassage of een hoog percentage vezels of fytaat in de voeding. Vitamine D en eiwit verhogen de Mg-absorptie maar verhogen ook de behoefte door een negatief effect op de magnesiumbalans (Seelig, 40
1971). Een vetrijke voeding werkte niet remmend op de Mg-absorptie (Van Dokkum, 1976) .
Excr etie van Mg vindt plaats via faeces, urine en zweet. Veruit het grootste gedeelte van Mg in de faeces is Mg dat niet uit het voedsel is geabsorbeerd. Via de nieren wordt dageli jks, afhankelijk van het aanbod in de voeding, 4-7 mmol uitgescheiden. De renale excretie wordt verhoogd door diverse diuretica, alcohol, aldosteron en een hoog calciumaanbod. Via zweet verliest men per dag ongeveer 0.5 mmol Mg. Hoewel de serumconcentratie van Mg door de nieren nauwkeurig constant wordt gehouden en de nieren op Mg-beperking reageren met een prompte daling van de Mg-excretie, is nog steeds weinig bekend over het homeostasemechanisme van Mg en de rol van diverse hormonen hierbij.
Werking op subcellulair niveau: Honderden enzymen worden door Mg geaktiveerd. Kenmerkend is dat bij al qeze reakties fosfaat-groepen zijn betrokken. Mg is een noodzakelijke co-factor bij zowel de vorming als de utilisatie van ATP . ATP-verbruikende processen als glycolyse, talloze syntheses, handhaving van de membraanpotentiaal en spierkontraktie zijn Mg-afhanke lijk. Mg aktiveert de enzymen voor de oxidatieve fosforylering in mitochondrieën en speelt daarmee een rol bij de regulering van de energiehuishouding van de cel. Mg is onmisbaar voor een goed verloop van zowel DNA- als eiwitsynthese. Voor de handhaving van de ruimtelijke configuratie van macromoleculaire structuren zoals de DNA-helix en ribosomen is Mg vereist. Volgens Aikawa (1971) is de werking van Mg in al deze processen die van chelaatvormer; in vele reakties is het als complex met ATP aanwezig.
Magnesiumdeficiëntie: oorzaken en gevolgen Sinds Flink e.a. (1954) Mg-deficiëntie bij alcoholici beschreven, zijn vele publicaties over Mg-deficiëntie bij de mens verschenen. Goede overzichten vindt men bij Wacker en Parisi (1968) en Flink (1976). In Tabel I zijn de voornaamste tot nu toe bekend oorzaken van Mg-depletie en/of hypomagnesemie weergegeven.
41
Tabel I. Oorzaken van Mg-deficiëntie. A. Voeding: 1. onvolwaardige voeding 2. parenterale voeding zonder Mg B. Gastro-intestinaal :
1. langdurige ernstige diarrhee door vele oorzaken (colitis ulcerosa, M. Crohn, misbruik van laxantia) 2. malabsorptie 3. maagzuigdrainage en parenterale vloeistoffen zonder Mg (langer dan 3 weken) 4. pancreatitis 5. alcoholische levercirrhose C. Renaal:
1. therapie met diuretica 2. diverse nierziekten (waaronder renale tubulaire acidose, diuretische fase na acute tubulusnecrose, chronische glomerulonefritis en (zelden) pyelonefritis) 3. alcohol D. Alcoholisme: (combinatie van Al, B5 en C3) E. Endocrien:
1. hyperthyreoidie 2. hyper- en hypoparathyreoidie 3. hyperaldosteronisme (primair en secundair) 4. (ketoacidotisch) coma diabeticum 5. excessieve lactatie F. Neonataal en pediatrisch :
1. infantiele convulsies met hypomagnesemie en hypocalciemie 2. pasgeborenen van diabetische moeders 3. hereditaire hypomagnesemie 4. wisseltransfusies
Mg-gebrek leidt tot uitgebreide pathologie. Dit is begrijpelijk gezien de diversiteit van de cellulaire processen waarbij Mg is betrokken. De volgende symptomen zijn bij proefdieren beschreven : groeiremming, anorexie, neuromusculaire- en CZS-effecten (overprikkelbaarheid, tremoren, tetani e, convulsies), hartritmestoornissen, trofische stoornissen (oedemen, perifere vasodilatatie, haaruitval, hUidlesies), verkalkingen en necrotische lesies in hart en nieren, storingen in het calciummetabolisme en intracellulair kaliumverlies. 42
Belangrijk is dat een subop t imale Mg-voorziening bij vele proefdieren leidt tot een verminderde tolerantie voor allerlei schadelijke exogene factoren. Zo vonden Heroux e.a.
(1977) dat ratten die 1/6 van de normale hoeveelheid Mg
in het voedsel kregen - ondanks afwezigheid van waarneembare symptomen slechter bestand waren tegen "koude stress" dan hun normaal gevoede soortgenoten. Zij leefden korter en ontwikkelden na een verblijf van 4 uur in een temperatuur van -20 o C meer en ernstiger necrotische lesies. Hurley (1971) vond meer abortus en congenitale afwijkingen bij de zwangere Mg-deficiënte rat.
Pathofysio l ogi e. Mg-gebrek blijkt de normale fysiologie van mitochondriën ernstig te verstoren. Zwelling en contractie van mitochondriën zijn tot op zekere hoogte normale processsen
~ie
het aktiviteitsniveau van de cel respec-
tievelijk verhogen en verlagen. Zwelling van mitochondriën onder invloed van adrenerge stoffen of corticosteroïden kan tijdens Mg-deficiëntie overgaan in irrevers.i bele beschadiging , met disruptie "an membranen en neerslag van onoplosbare Ca- en Mg-fosfaten. Hierdoor raakt de energievoorziening van de cel insufficiënt met als uiteindelijk gevolg cel dood door verdwijnen van de Na/Kgradiënt (Na/K-ATP-ase geremd). Omgekeerd blijkt de toxische werking ivan vele stoffen op de mitochondriën verzwakt te kunnen worden door Mg-suppletie, wijzend op een "beschermend" effect (Seelig, 1972; Fedelésova e.a., 1975; Sordahl en Silver, 1975). Klassieke symptomen van Mg-de ficiëntie bij de mens zijn: A. een reeks neuromusculaire- en CZS-effecten: fasciculaties, tremoren, spierzwakte, positief teken van Chvostek en/of Trousseau, paresthesieën en tetanie (zelden). Voorts zijn waargenomen: apathie, depressie,
geh~ugen
stoornissen en delier. B. hartr.i tmestoornissen: ventriculaire extrasystolen, ventriculaire tachycardie en ventrikelfibrilleren. Volgens Holtmeier (1971) leidt Mg-deficiëntie tot motiliteitsstoornissen van de gladde musculatuur in het maagdarmkanaal. Deze zouden kunnen leiden tot verstoring van de darmpassage (obstipatie, diarrhee), pancreatitis en gal stuwing door spasme van de sfincter Oddi en hyperaciditeit tengevolge van verhoogde vagotonus. Bazikian (1971) vond in Armenië (USSR) een duidelijke negatieve relatie tussen het Mg-gehalte van de ' bodem en het optreden van maagkanker. In dezelfde publicatie werd vermeld dat Mg-suppletie het optreden van tumoren na toediening van de carcinogene stof DBA (1, 2, 5, 6 dibenzanthraceen) bij muizen verminderde. Zeer ernstige Mg-deficiëntie kan leiden tot coma en dood. Het is onmogelijk alle aan Mg-gebrek toegeschreven verschijnselen in de 43
menselijke pathologie hier te bespreken. Men vindt een schat aan informatie in de Proceedings van het in 1971 te Parijs gehouden "First international symposium on Mg-deficiency in human pathology". Volgens Walser (1967) dient men Mg-deficiëntie te onderscheiden in: 1. Mg-deprivatie tijdens groei, 2. Mg-depletie, en 3. hypomagnesemie. Aangezien Mg zich voornamelijk intracellulair bevindt is het belangrijk een betrouwbaar
criterium voor Mg-depletie te hebben. Hoewel bij ernstige depletie in vele gevallen ook het serum-Mg verlaagd zal zijn geeft de bepaling van Mg in serum geen
inforn~tie
over het Mg in
~ achte
weefsels. In de kliniek kan men Mg-
depletie aantonen met (bij voorkeur meerdere van) de volgende criteria: een negatieve Mg-balans onder strenge metabole bewaking of een positieve Mgbalans tijdens Mg-toediening, een verlaagd Mg-gehalte in zachte weefsels (spierbiopt, . erythrocyten) of een normale Mg-excretie in. de urine na een parenterale dosis Mg (Mg-belastingstest). Voor epidemiologisch onderzoek is het noodzakelijk te zoeken naar een niet belastende methode om een eventuele (subklinische) Mg-deficiëntie aan te tonen. Het Mg-gehalte in haren of nagels zou mogelijk een dergelijke indicator kunnen zijn (Heroux e.a., 1977).
Mg-deficiëntie en cardiovasculaire aandoeningen Er is de laatste jaren veel bekend geworden over de rol van Mg in de pathogenese van ischemische hartziekte. Mg-verlies uit het hart tijdens hypoxie is een goed gedokumenteerd verschijnsel (Seelig en Heggtveit, 1974; Szelényi, 1973). In diverse dierexperimentele modellen, zoals ligatuur van een coronairarterie, is het een van de eerste veranderingen en gaat gewoonlijk vooraf aan het K+-verlies. Opvallend hierbij is dat het Mg in de hartspier na een aanvankelijk snelle daling enige tijd later, wanneer reeds necrose is opgetreden, weer stijgt (Hochrein e.a., 1967). Seelig (1972) schrijft dit toe aan het neerslaan van onoplosbare Ca- en Mg-zouten in hartmitochondriën. Deze verschuiving van functioneel Mg naar niet-functioneel Mg draagt bij tot de irreversibele beschadiging van hartmitochondriën en initieert daarmee het necroseproces. Omgekeerd beschermt Mg-suppletie bij proefdieren tegen de structurele en functionele veranderingen onder invloed van hypoxie. Vele onderzoekers vonden een lagere Mg-concentratie in de hartspier van overledenen aan ischemische hartziekte tengevolge van plotselinge ritmestoornissen, de zgn. sudden deaths vergeleken met een controlegroep van ongevallen44
slachtoffers (Heggtveit e.a., 1969; Anderson, 1975; Johnson e.a., 1979).
Reeds in het experiment van Kruse e.a. (1932), dat de ontdekking van Mg als essentieel mineraal betekende, werden ritmestoorniss en onderkend als gevolg van magnesiumdeficiëntie bij de rat. Ook bij de mens predisponeren hypomagnesemie en Mg-depletie tot levensbedreigende ritmestoornissen als ventriculaire extrasystolen en ventrikelfibrilleren. Al dan niet profylactische Mg-therapie wordt door verscheidene klinici aanbevolen (Pin Lim, 1972; Iseri e.a., 1975; Burch en Giles, 1977; Moore, 1978; Dyckner en Wester, 1979), aangezien veel klinische situaties tot Mg-deficiëntie kunnen leiden. Seller (1971) toonde aan dat hypomagnesemie de kans op digitalis intoxicatie verhoogt door een additief effect op het verlies van intracellulair kalium. Farooq Ghani en Rabah (1977) vonden dat intraveneuze toediening van MgC1
bij honden de 2 drempelwaarde (in mV) van het elektrisch geprikkelde hart voor ventriculaire extrasystolen en ventrikelfibrillatie bijna verdubbelde. In een recent klinisch experiment van Dyckner en Wester (1979) kregen 34 patienten met decompensatio cordis of hypertensie (waarvan 33 diuretica en 21 digitalis gebruikten) Mg of K per infuus. Gemeten werden de (intracellulaire) concentraties Mg en K in skeletspier en het aantal ventriculaire extrasystolen (VES) in een periode van drie uur. De kaliuminfusen bleken noch de kaliumconcentratie in het spierbiopt, noch de frequentie van de ventriculaire extras'y stolen te beinvloeden. De magnesiuminfusen daarentegen verhoogden de kaliumconcentratie in skeletspier en leidden tot een significante daling van het aantal VES. Krasner (1979) zag een gunstig effect van pre-operatief toegediend MgC1
op 2 de hersteltijd en het optreden van ritmestoornissen bij open-hart chLrurgie.
Toediening van magnesiumzouten aan proefdieren die worden blootgesteld aan cardiotoxische agentia (hoge doses catecholaminen, corticosteroïden, Vitamine D , stress etc.) kan de effecten van deze agentia aanzienlijk verzwakken. 2 Mg-gebrek maakt proefdieren juist extra gevoelig voor deze factoren (Bajusz en Selye 1960; Szelényi, 1973). Sós en Szelényi ontwikkelden "cardiopathogeen" voedsel. Met dit voedsel (dat arm is aan Mg en K, en overmaat cholesterol, vitamine D , Na en Ca bevat) is het mogelijk bij vele proefdiersoorten hart2 infarcten op te wekken; Mg-suppletie in de vorm van MgC1 (vijf keer de nor2 male hoeveelheid Mg in het voedsel) deed bij ratten op dit cardiopathogene voedsel -en combinaties met ACTH of "stress"- het aantal infarctachtige lesies in het myocard met meer dan 60 % afnemen (Szelényi, 1971).
45
Atherosklerose. Reeds vóór 1960 was bekend dat Mg-toediening experimentele atheromateuze vaatlesies kon voorkomen (Vitale e.a., 1957; Shimanoto, 1959). Hard drinkwater beschermde konijnen op een atherogeen dieet gedeeltelijk tegen de atherosklerose die dit dieet teweegbracht. Toevoeging van Mg aan gedistilleerd drinkwater beschermde hiertegen volkomen, toevoeging van Ca beschermde enigszin"s (Neal en Neal, 1962). De aangrijpingspunten voor dit atheroskleroseremmend effect zijn: de vaatwand, de bloeddruk, de bloedlipiden
en het s to llingsmeahani sme. Mg-gebrek leidt tot verkalkingen in de grote arterieën bij vele proefdieren. Mg-gebrek bespoedigt de "veroudering" van collageen (vorming van cross-links), waardoor de vaatwand stugger wordt. Zowel stress (geluidsimpulsen) als Mg-deficiëntie leidden tot collageen toename in het rattehart (Ising, 1978). Alöm bekend is de sympathicolytische werking van Mg, leidend tot vasodilatatie en bloeddrukdaling. Rig6 (1971) meldt dat Mg-suppletie bij ratten de bloeddrukstijging door koude (koude pressor reflex) of een renine-injectie kon remmen. Over de invloed van Mg-deficiëntie op de vorming van abnormale lipidenspectra heerst nog onduidelijkheid. In oudere studies vond men hetzij een verhoging van het serumcholesterol tijdens Mgdeficiëntie, hetzij geen enkel effect. Er is nog geen onderzoek verricht naar de rol van Mg en Mg-deficiëntie bij de vorming van en de verhouding tussen HDL (High Density Lipoproteins) en LDL (Low Density Lipoproteins) . Szelényi (1971) kon de verhoogde stollingsneiging bij proefdieren op zgn. "thrombogeen" voedsel onderdrukken met behulp van oraal of intraveneus MgCI . Hoewel fibri2 no lytische en antithrombotische eigenschappen aan Mg worden toegeschreven, is het nog controversieel of Mg-deficiëntie tot een verhoogde stollingsneiging kan leiden. Mg heeft een remmende invloed op thrombocytenaggregatie. De relaties tussen Mg, lipiden en stolling worden uitvoerig besproken door Seelig en Heggtveit (1974 en Szelényi (1973).
EPidemio logisahe aanwijzingen voor de relatie Mg-deficiëntie/ischemische hartziekte komen vooral uit studies naar het effect van hard en zacht drinkwater op de mortaliteit aan ischemische hartziekte; deze bleek negatief gecorreleerd met het Mg-gehalte van het drinkwater in de Verenigde Staten (Schroeder, 1974) en Canada (Anderson en Ie Riche), 1971). Anderson (1975) vond in een gebied met zacht (magnesiumarm) drinkwater -en een hogere cardiovasculaire mortaliteit- een gemiddeld 7 % lagere Mg-concentratie in de hartSIpier van ongevalslachtoffers dan in een gebied met hard (magnesiumrijk) drinkwater. Wat betreft de concentraties van de metalen Ca, Zn, Cu, Cr, Cd en Pb vond hij tussen beide gebieden (Ontario, Canada) geen verschillen. 46
Bierenbaum e.a. (1973) vonden bij inwoners van Londen (hard drinkwater) een gemiddeld 16 % hogere serum-Mg concentratie dan bij inwoners van Glasgow (zacht drinkwater). In de Verenigde Staten vonden zij bij inwoners van omaha (hard drinkwater) een 5 % hoger serum-Mg dan bij inwoners van Winston-Salem (zacht drinkwater). Anderson (1972) vond echter geen verschillende serum-Mg waarden in steden met hard- en zacht drinkwater. Serumparameters zijn overigens niet erg geschikt om eventuele verschillen in Mg-voorziening op te sporen. Varo (1974) vond een sterke positieve cqrrelatie (r
= 0,76) tussen de geschatte
Ca/Mg-ratio in de voeding en sterfte aan ischemische hartziekte in 21 OECD landen. Hij suggereert dat de hoge consumptie van melkproducten in landen als Amerika en Nederland (Ca/Mg > 3) leidt tot een relatieve Mg-deficiëntie. Het is helaas niet mogelijk uit deze studie enige vérstrekkende conclusies te trekken, aangezien zeer verschillende landen zonder meer met elkaar zijn vergeleken en er niet is gecorrigeerd voor verstorende variabelen. Toch lijkt verder onderzoek naar het belang van de
C~/Mg-ratio
in voeding gewenst, gezien
de studies met cardiopathogeen voedsel. Immers, vele cardiopathogene dieeten hebben een (kunstmatig) hoge Ca/Mg-ratio.
Voedingsaspecten Tot
nu toe is Mg het stiefkind van de voedingsleer. De Nederlandse voedings-
middelentabel 1978 bevat noch een aanbeveling voor de dagelijkse benodigde hoeveelheid Mg, noch analyses van het Mg-gehalte in de voedingsmiddelen. De .aanname die men hierbij impliciet maakt is waarschijnlijk dat voedingsmiddelen genoeg Mg bevatten om de dagelijkse behoefte te dekken. Toch dient men alert te zijn op eventuele tekorten, mede gezien de recente aanwijzingen over de rol van (subklinische) magnesiumdeficiëntie bij de pathogenese van ischemische hartziekte. De enige aanbeveling ten aanzien van de dagelijks benodigde hoeveelheid Mg is die van de National Research Council, U.. S.A. (1974) : 300 - 350 mg/dag voor volwassenen. Deze aanbeveling is gebaseerd op de publicaties van Seelig (1964), Jones e.a. (1967) en Seelig (1971). Seelig (1964) bespreekt alle tot dan verrichte balansstudies en komt tot de conclusie dat minimaal 6 mg magnesium/kilogram lichaamsgewicht/dag noodzakelijk is om in balans te blijven. Jones e.a. (1967) daarentegen vonden evenwicht bij Mg-opnames tussen 3,6 en 4,2 mg/kg/dag. Deze balansstudies duurden echter vrij kort, één week. Seelig (1971) gaat uitvoerig in op een aantal factoren die de Mg-behoefte verhogen en komt tot de 47
volgende aanbevelingen: 7 - "10 mg/kg/dag
- volwassenen: - zwangere en zogende vrouwen:
15 mg/kg/dag
kinderen tijdens periodes van snelle groei: 15 - 30 mg/kg/dag " Marshall e.a. (1976) vinden de aanbeveling van de National Research Council te hoog: in hun twee weken durende balansstudies ontstond zelfs bij Mg-opnames van 100 mg/dag geen negatieve balans. Uit deze gegevens blijkt dat er vooralsnog geen eenstemmigheid is over de minimale dagelijkse behoefte aan Mg.
Tabel 11. Magnesium in enkele voedingsmiddelen, naar Schlettwein-Gsell (1972) en Schroeder (1969). Gemiddeld gehalte in mg/l00 g.
"Brood:
Gzroenten: sojabonen spinazie (vers) sla
volkoren
40 - 70
60
wit
20 - 25
12
VZees:
240
diverse kool soorten
10 - 20
aardappelen
15
rundvlees varkenskotelet
Vruohten:
varkensspek
sinaasappels
6 - 10
kip
5
Vis:
appels bananen
25
kabeljauw
2 - 5
appelmoes ananas
14
Granen, meeZprodukten: volkoren tarwemeel
zoute haring sardines (blik)
bruine rietsuiker
12
kristalsuiker
140
honing
300
5 - 7
thee
- 4
bier
5 - 10
gin, whisky
< 1
48
1 1,5 - 5
Vetten, orieën:
8
Dranken: koffie
62
rietsuikerstroop (melasse) 200
28 ,150
40 50
24
Noten:
24 - 48
40
tarwegries
- geslepen, gekookt
7 16 - 25
paling (gerookt)
patentbloem
- geslepen
20
Suiker
131
rijst - ongepeld
15 - 40
margarine
1,2
roomboter
0,6 - 2
zonnebloemolie
0,6
olijfolie
0,4
De meest recente gegevens over het Mg-gehalte van voedingsmiddelen vindt men in het overzicht van Schlettwein-Gsell en Mommsen-Straub (1972). Hierin worden de literatuurwaarden na 1960 per product weergegeven. Schlettwein-Gsell merkt op dat de werkelijke opname van Mg meestal geringer : is dan zich uit tabellen laat afleiden. Zij bespeurt tevens een dalende tendens in de Mg-opname door de bevolking. Tabel 11 geeft een indruk van het Mg-gehalte in enkele belangrijke levensmiddelen. Uit de tabel valt op dat patentbloem, witte rijst, kristalsuiker en vetten nauwelijks Mg bevatten.
Schroeder (1969) berekende gemiddelde waarden voor groepen levensmiddelen naar gewicht (mg/l00 g) en naar calorische waarde (mg/l00 cal). Gerangschikt naar aflopende hoeveelheid mg/l00
g zien we het volgende beeld: noten, onbe-
werkte granen, vis, vlees, groenten, melkpoducten, fruit, geraffineerde suikers, vetten. Gerangschikt naar aflopende hoeveelheid mg per 100 cal verandert de volgorde aldus: groenten, vis,
~óten,
granen, melkproducten, fruit,
vlees, geraffineerde suikers, vetten. Vaak wordt beweerd dat primaire Mg-deficiëntie onwaarschijnlijk is dankzij het rijkelijk voorkomen van Mg in bladgroente ten gevolge van de aanwezigheid van Mg in het chlorofylmolecuul. Volgens Schroeder e.a., (1969) gaat dit alleen op wanneer men voedingsmiddelen op caloriebasis vergelijkt, op gewichtsbasis vormen groenten niet de voornaamste bron van Mg.Door moderne voedselbewerkingen zoals suikerraffinage, polijsten van rijst, fabricage van patentbloem, maar ook door koken, wordt een fors percentage van het Mg uit voedingsmiddelen verwijderd. Schroeder (1971) vindt bijvoorbeeld als percentage Mg ten opzichte van het Mg in het ruwe product: witte suiker
2 %, patentbloem 20 %, witte rijst 17 %. Het verlies van mine-
ralen tengevolge van het koken van groenten hangt af van de kooktijd en de gebruikte hoeveelheid water. volgens Schroeder e.a. (1969) verdwijnt 25 - 27 % van het Mg met het kookwater. In hetzelfde artikel komt Schroeder tot de konklusie dat de Amerikaanse voeding zeer wel deficiënt aan Mg kan zijn. Hij onderzocht ziekenhuis- en inrichtingsmenu's en kwam op een totale dagelijkse hoeveelheid Mg in de orde van 200 - 225 mg. De oorzaak hiervoor moet volgens hem gezocht worden in de vérgaande opdeling van natuurlijke producten in twee of meer fracties. De niet voor menselijke consumptie bestemde fractie (melasse, zemelen, etc.,), met een zeer hoog gehalte mineralen en sporenelementen, wordt meestal tot veevoeder verwerkt. De bijdrage van dPirikwdter aan de dagelijkse magnesiumopname bedraagt, al naar gelang Mg-gehalte, drinkwater consumptie en voedingsgewoonte 0 - 25 % (Tabel 111). Het is duidelijk dat Mg uit (hard) drinkwater een belangrijker bijdrage
49
levert naarmate de voeding meer magnesiumarm is. Zacht drinkwater bevat nauwelijks Mg «
5 mg/l). Hard drinkwater bevat vaak, maar lang niet altijd
veel Mg (> 10 mg/l). In Ontario (Canada) vindt men in hard drinkwater Mggehaltes > 30 mg/l, in Groot-Brittannië daarentegen bevat het harde drinkwater nauwelijks Mg. De meeste harde drinkwaters in Nederland hebben een Mggehalte tussen 10 en 20 mg/l ,en leveren bij de door Haring e.a. (1979) becijferde gemiddelde drinkwaterconsumptie van 1,3 1 per dag 13 - 26 mg ofwel 5 - 10 % van de dagelijkse hoeveelheid Mg; er zijn uiteraard grote interindividuele verschillen. Indien (ionisch) Mg uit drinkwater beter wordt geabsorbeerd dan uit voedingsmiddelen (meer complexvormig gebonden) kan de werkelijke bijdrage van Mg in drinkwater veel groter zijn. Dit is helaas nog niet onderzocht.
Tabel 111. De bijdrage van drinkwater (1,3 liter per dag) aan de totale dagelijkse opname van Mg (in procenten). Absorptieverschillen tussen drinkwater- en voedsel-Mg zijn buiten beschouwing gelaten. Mg in de voeding
Mg-concentratie in het drinkwater
mg/dag
5 mg/l
12,5 mg/l
25 mg/l
150
4 %
10 %
18 %
200
3 %
8 %
14 %
250
3 %
6 %
12 %
300
2 %
5 %
10 %
350
2 %
4 %
8 %
}
Nat. ' Res. Council (U.S.A.)
400
2 %
4 %
8 %
450
1 %
3 %
7 %
500
%
3 %
6 %
Discussie Wanneer men alle klinische, dierexperimentele en epidemiologische bevindingen combineert, kunnen de volgende conclusies worden getrokken: - magnesiumgebrek bevordert het ontstaan en verergert het beloop van ischemische hartziekte; - magnesiumgebrek leidt - ook zonder klinische verschijnselen - tot een verhoogde gevoeligheid voor allerlei schadelijke exogene factoren, met name
50
wat betreft het hart/vaatstelsel; - het is denkbaar dat de Mg-voorziening van (een deel van) de bevolking onder het optimum ligt. Deze conclusies kunnen dienen als uitgangspunt voor verder onderzoek.
Teneinde (subklinische) Mg-depletie te kunnen opsporen is het dringend noodzakelijk te zoeken naar een betrouwbare indicator voor de "Mg-status" in het lichaam. Hierbij valt te denken aan de Mg-concentratie in erythrocyten, nagels, of haren. Met behulp van een dergelijke indicator zou men de "Mg-status" kunnen relateren aan het al dan niet voorkomen van ischemische hartziekte, en/of de frequentie van "sudden death" door letale ritmestoornissen. Een eventuele invloed van het voedingspatroon en/of de drinkwaterhardheid op de "Mg-status" bij grote groepen levende personen zou kunnen worden aangetoond. Het effect van Mg-suppletie op de incidentie van ischemische hartziekte, .c asu quo "sudden death" kan
zow~l
retrospectief (bij groepen die jarenlang Mg-
verbindingen hebben geslikt) als prospectief worden onderzocht. Klinisch onderzoek naar het belang van Mg-deficiëntie bij ischemische hartziekte dient te worden geïntensiveerd.
De hypothese dat de westerse voeding Mg-deficiënt is kan noch worden verworpen noch worden bevestigd, alvorens de volgende vragen zijn beantwoord: - wat is de dagelijkse benodigde hoevee1heid Mg? - hebben personen die "cardiopathogeen" voedsel plegen te gebruiken (naar analogie van de dierexperimenten) een hogere Mg-behoefte? (varianten op de diverse cardiopathogene dieëten zijn in elke Nederlandse snackbar verkrijgbaar) . hoeveel Mg levert de westerse voeding; wat is het gemiddelde en wat zijn · de uitersten? hoe verhoudt zich de biologische beschikbaarheid van het Mg in voedsel
t~n
opzichte van het Mg in drinkwater? - is de Ca/Mg-verhouding in voedsel (en drinkwater) misschien belangrijker dan de absolute hoeveelheden Mg; ofwel bevat de westerse voeding relatief te veel Ca en te weinig Mg?
Samenvatting Mg is een essentiële co-factor voor zeer vele cellulaire processen. Mg-gebrek leidt zowel bij proefdieren als de mens tot uitgebreide pathologie. Het be51
vordert het ontstaan en verergert het beloop van ischemische hartziekte, niet alleen door verstoring van de prikkelvorming en -geleiding, maar ook door een direct effect op het myocardmetabolisme en door bevordering van atherosklerose (proefdieren). Mg-gebrek verhoogt de gevoeligheid van het hart voor anoxie en allerlei cardiopathogene agentia. De opname van het Mg uit voeding en drinkwater worden besproken, met name de hypothese dat in westerse landen de Mg-voorziening van (een gedeelte van) de bevolking suboptimaal is. Enkele suggesties voor toekomstig onderzoek worden gedaan.
Literatuur Aikawa, J.K.: The biochemical and cellular functions of magnesium. In: lst Int. Symp. on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach. Vittel (1971) 39 - 54.
Aikawa, J.K.: Biochemistry and physiology of magnesium. In: Trace elements in human health and disease, Vol. 11.: essential and toxic elements. Ed.: A.S. Prasad. Academie press, New York (1976) 48 - 78. Anderson, T.W., W.H. le Riche: Sudden death from ischemie he art disease and its
correlation with hardness of local water supply. Canad. Med. Assoc. J.,
105 (1971) 155 - 160. Anderson, T.W.: Serum electrolytes and skeletal mineralisation in hard and soft water areas. Canad. Med. Assoc.
J., 107 (1972) 34 - 37.
Anderson, T.W., L.C. Neri, G.B. Schreiber, F.D.F. Talbot, A. Zdrojewski: Ischemie heart disease, water hardness and myocardial magnesium. Canad. Med. Assoc. J., 113 (1975) 199 - 203. Bajusz, E., H. . Selye: The chemical prevention of cardiac necroses following occlusion of coronary vessels. Canad. Med. Assoc. J., 82 (1960) 212.
Bazikian, K.L.: The significanee of magnesium salts in oncology (epidemiologieal, experimental and clinical observations). In: lst Int. Symp. on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach.Vittel (1971) 593 - 606.
52
Bierenbaum, M.L., A.I. Fleischmann, J. Dunn, T. Hayton, D.C. Pattison, P.B. Watson: Serum parameters in hard and soft water communities. Amer. J. Publ. Hlth., 63 (1973) 196 - 173.
Burch, G.E., T.D. Giles: The importance of magnesium deficiency in cardiovascular disease. Amer. Heart J., 94 (1977) 649 - 657. Chipperfield, B., J.R. Chipperfield: Magnesium and the heart. Amer. Heart J., 93 (1977) 679 - 682.
Dokkum, W. van: De invloed van de hoeveelheid vet in de voeding op de calcium-, ijzer-, en magnesiumabsorptie en
-~etentie.
CIVO - TNO, Zeist (1976) rapport
R 5091.
Durlach, J., M.L. Cordier, J.G. Henrotte: , Les formes neuro-musculaire"s du déficit magnésigue en pathologie humaine. In: lst Int. Symp. on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach. Vittel (1971) 131 - 162.
Dyckner, T., P.O. Wester: Ventricular extrasystolos and intracellular electrolytes before and af ter potassium and magnesium infusions in patients on diuretic treatment. Amer. Heart J., 97 (1979) 12 - 18.
Farooq Ghani, M., M. Rabah: Effect of magnesiumchloride on electrical stability of the heart. Amer. Heart J., 94 (1977) 600 - 602.
Fedelésova, M., O. Ziegelhöffer, O. Luknarová, S. Kostolansky: Prevention by K+, Mg++-aspartate of isoprotenerol induced metabolic changes in the myocardium. In: Recent Advan
Stud. Card. Struct. & Metabol., Vol. 6. Ed.: Flecken-
stein/Rona. University Park Press, Baltimore (1975) 59 - 73. Flink, E.B., F.L. Stutzman, A.R. Anderson, T. Konig, R. Fraser: Magnesium deficiency af ter prolonged paren tal fluid administration and af ter chronic alcoholism complicated by delirium tremors. J. Lab. Clin. Med., 43 (1954) 169 - 183. Flink, E.B.: Magnesium deficiency and toxicity. In: Trace elements in human health and disease, Vol. 11.: essential and toxic elements. Ed.: A.S. Prasad. Academic Press, New York (1976) -1 - 21.
53
Flink, E.B.: Magnesium deficiency as a cause of serious arrhytrumias. Arch. Int. Med., 138 (1978) 825 (letter to the editor).
Haring, B.J.A., J.J.C. Karres, P. van der Poel, B.C.J. Zoeteman: Enquête naar de gebruiksgewoonten bij drinkwaterconsumptie in Nederland. (Rijksinstituut voor de drinkwatervoorziening). H 0 2
(1979)
(ter perse).
Heggtveit, H.A., P. Tanser, B. Hunt: Magnesium content of normal and ischemie human hearts. In: 7th Int. Congress of clinical pathology. Montreal (1969). Heroux, 0., D. Peter, A. Heggtveit: Long term effect of suboptimal dietary magnesium on magnesium and calcium content of organs, cold toleranee and on lifespan and its pathological consequences in rats. J. Nutr., 107 (1977) 1640 - 1652. Hochrein, H., H.J. Kuschke, Q. Zaqqa, E. Fahl: Das Verhalten der intracellulairen Magnesium- Konzentration in Myocard bei Insuffizienz, Hypoxie und Kammerflimmern. Klin. W. Schr., 45 (1967) 1093 - 1096. Holtmeier, H.J.: Die experimentelle und klinische Bedeutung von Magnesium für den Magen-Darmtrakt. In: lst Int. Symp. on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach. Vittel (1971) 397 - 417.
Hunt, B.J.: Age and magnesium deficiency in the rat with emphasis on bone and muscle magnesium. Amer. J. Physiol., 221 (1971) 1809 - 1817.
Hurley, L.S.: Magnesium deficiency in pregnancy and its effects on the offspring. In: lst Int. Symp. on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach. Vittel (1971) 482 - 492.
Iseri, L.T., J. Freed, A.R. Bures: Magnesium deficiency and cardiac disorders. Amer. J. Med., . 58 (1975) 837 - 846.
Ising, H.J.: Increase of collagen in the rat he art induced by noise (and magnesium deficiency). Voordracht 3rd Int. Congr. on noise as a public health problem. Freiburg (1978).
54
Johnson, C.J., D.R. Peterson, E.K. Smith: Myocardial tissue concentrations of magnesium and potassium in men dying suddenly from ischemic heart disease. Amer. J. Clin. Nutr., 32 (1979) 970 - 976.
Jones, J.E., R. Manalo, E.B. Flink: Magnesium requirements in adults. Amer. J. Clin. Invest., 20 (1967) 632. Kalkman, C.J.: Magnesium, hart/vaatziekten en de waterfactor: een literatuuroverzicht. Coronel Laboratorium, Universiteit van Amsterdam. Amsterdam (1979)
Krasner, B.S.: Cardiac effects of magnesium with special reference to anaesthesia: a review. Canad. Anaesth . Soc. J. ,26 (1979) 181 - 185.
Kruse, H.O., E.R. Orent, E.V. McCollum: Studies on magnesium deficiency in animals. I. Symptomatology resulting from
ma~nesium
deprivation. J. Biol, Chem.,
96 (1932) 519.
Marshall, D.H., B.C.E. Nordin, R. Speed: Calcium, phosphorus and magnesium requiremerit. Proc. Nutr. Soc., 35 (1976) 163 - 173.
Moore, M.J.: Magnesium deficiency as a cause of serious arrhythrilias. Arch. Int. Med., 138 (1978) 825 (letter to the editor).
National Research Council (USA): Recommended dietary allowances. 8th Ed. Washington O.C. (1974) 87 - 89.
Neal, J.B., M. Neal: Effect of hard water and MgS0 4 on rabbit atherosclerosis. Arch. Pathol., 73 (1962) 400 - 403.
Pin Lim, E.J.: Magnesium deficiency in patients on long term diuretic therapy for heart failure. Brit. Med. J., 11 (1972) 620 - 622.
Polimeni, P.I., E. Page: Magnesium in heart muscle. Circulat. Res., 33 (1973) 374 - 376.
Rigó, J.: The relationship between magnesium and the vascular system. In: Ist Int. Symp. on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach. Vittel (1971) 213 - 228.
55
Schlettwein-Gsell, D., S. Mommsen-Straub: Ubersicht Spurenelementen in Lebensmitte~n;
VII: Magnesium. Int. Z. Vitamin-Forsch., 42 (1972) 324 - 352.
Schroeder, H.A., A.P. Nason, I.H. Tipton: Essential metals in man - magnesium. J. Chrono Dis., 21 (1969) 815 - 841.
Schroeder, H.A.: Losses of vitamins and trace metals resulting from processing and preservation of foods. Amer. J. Clin. Nutr., 24 (1971) 562 - 573. Schroeder, H.A., L.A. Kraemer: Cardiovascularmortality, municipal water and corrosion. Arch. Environm. Hlth., 28 (1974) 303 - 311. Seelig, M.S.: The requirement of magnesium by the normal adult. Amer. J. Clin. Nutr., 14 (1964) 342 - 384. Seelig, M.S.: Human requirements of magnesium - factors that increase needs. In: lst Int. Symp. on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach. Vittel (1971) 11 - 38. Seelig, M.S.: Myocardial loss of functional magnesium. I.: effect on mitochondrial integrity and potassium retention; 11.: in cardiomyopathies of diverse origine. In: Recent Advan. Stud. Card. Struct. & Metabol., Vol. I. Ed.: Bajusz/ Rona. university Park Press, Baltimore (1972) 615 - 638. Seelig, M.S., H.A. Heggtveit: Magnesium interrelationships in ischemie he art disease: a review. Amer. J. Clin. Nutr., 27 (1974) 59 - 79. Seller, R.H.: The role of magnesium in digitalis toxicity. Amer. Heart J., 82 (1971) 551 - 556.
Shimanoto, T.: Myocardial infarct-like lesions and arteriosclerosis induced by high-molecular
substanees and prevention by magnesiumsalt. Amer. Heart J.,
57 (1959) 273 - 288 • . Sordahl, L.A., B.B; Silver: Pathological accumulation of calcium by mitochondria: modulation by magnesium. In: Recent Advan. Stud. Card. Struct. & Metabol., Vol. 6. Ed.: Fleckenstein/Rona. University Park Press, Baltimore (1975) 85.
56
lst International Symposium on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach. Vittel (1971).
Szelényi, I.: Physiological interrelationships between magnesium and heart. In: lst Int. Symp. on magnesium deficiency in human pathology. Ed.: J. Durlach. Vittel (1971) 195 - 211. Szelényi, I.: Magnesium and its significanee in cardiovascular and gastrointestinal disorders. Wld. Rev. Nutr. Diet., 17 (1973) 189 - 224.
Varo, P.: Mineral element balance and coronary heart disease. Int. J. Vit. Nutr. Res., 44 (1974) 267 - 273. Vitale, J.J., P.L. White, M. Nakamura, D.M. Hegsted, N. Zamcheck, E.E. Hellerstein: Interrelationships between
experim~ntar
hypercholesterolemia, -:magnesium
requirement and experiment al atherosclero"sis. J. Exp. Med., 106 (1957) 757 - 766. Wacker, W.E.C., A.F. Parisi: Magnesium metabolism. New Engl. J. Med., 278 (1968) 658 - 662, 712 - 717, 772 - 776.
Walser, M.: Magnesium metabolism. Rev. Physiol Biochem. & Exp. Pharm., 59 (1967) 185 - 269.
57
ZINC DEFICIENCY
M. van Caillie-Bertrand
Introduction Amongst all trace elements zinc is. ubiquitous. It was found to occur regularly in plants and animal tissues and in the diet it is usually associated with protein. In 1869 it was first shown te be essential for living organisms when Raulin found it to be requ:j.red by Aspergil,lus niger. It was not imtiF 1934 that purified soy bean protein .could be prepared and that its essentialitY. for mammals could be established by consistently inducing a nutritional deficiency syndrome in experimental animals (Todd et al., 1934). For many years zinc has been of considerabie interest to the basic scientist and of great practical importance in animal husbandry. It is only recently however that its importance has begun to be appreciated in human nutrition and health, when Prasad et al. (1961) first postulated a role for zinc deficiency in human disease, associating it with the syndrome of adolescent nutritional dwarfism in the Middle East. Clinical pictures similar to that described by Prasad have since been observed in many countries, such as Turkey, Portugal and Marocco (Halsted et al., 1974).
In 1974, Moynahan established the link between the autosomal recessive entity known as acrodermatitis enteropathica (A.E.) and zinc deficiency by treating successfully this of ten lethal disease by zinc suppletion. This observation has since been confirmed by many others (Neldner and Hambidge, 1975; Thyresson, 1974; Michaelsson, 1974; Portnoy and Molokhia, 1974; Campo and McDonald, 1976; Hirsch et al., 1977). Today zinc has become the treatment of choice for A.E. and should have superceded all other means of managing this disease, i.e. diiodohydroxyquin therapy and human milko
59
/
The concept that infants and children in western type civilization may suffer adverse effects from zinc deficiency is recent (Walravens and Hambidge, 1976; Walravens et al., 1978). There is now an increased concern over the possible extent of zinc depletion in the pediatric population. Moreover conditioned zinc deficiency has been reported in association with various disease states and/or drugs that may impair intestinal absorption or cause excessive excretion of this metal. There is now a growing evidence that a marginal degree of nutritional deficiency is certainly more common than previously assumed.
Zinc: physiology Since the identification of zinc as an essential component of carbonic anhydrase in 1940, it has been found to be associated with many enzyme systems both as metalloenzymes (as alkaline phosphatase, pancreatic carboxypeptidase A and many others) and as activators of enzymes. Several enzymes that have a central role in nucleic acid metabolism are zinc dependent such as DNA and RNA polymerases and thymidine kinase. At present the requirement ,:of zinc ions for DNA synthesis in vitro of human peripheral lymphocytes and chick embryo cells is well documented (Rubin and Koide, 1973), establishing the essentiality of zinc in growth phenomena and its importance for normal growth and development both pre- and postnatally. Depending on the zinc ligand-affinity of the yarious zinc metalloenzymes and their turnover rates in the cells of the affected tissues, reduced activities of a number of, zinc containing enzymes will be associated with deficiency states. It is still to be expected that those zinc-metalloenzymes that bind zinc with a very high affinity will remain fully active even in case of severe deficiency (prasad, 1978). Zinc has been reported to be necessary for the mobilization of vitamin A from the liver by a not fully understood mechanism. Consequently serum vitamin A levels may be depressed in zinc deficiency states.
Zinc deficiency syndromes: description Deficiency syndromes have been described in plants, animals andmen. The clinical picture is remarkably similar throughout the living kingdom (Table I) .
60
Table I. Description of zinc deficiency syndromes PLANl'S
MAMMALS
- underdevelop- - growth failure (multisystemic ment of leaves invol vement) stunting - anorexia (profound)
MAN
Adolescent nutritional dwarfism
Acrodermatitis E.
- growth retardation
- growth failure
impaired appetite, pica, hypogeusia
- delayed completion of life cycle
- testes: atrophy - males: hypogonadism of the tubular and marked delay in epithelium, re-" sexual maturation duction of the !1l of the tubule
- chlorosis and blanching of leaves
- 1055 of hair - foci of parakeratosis - intestine: ~ thickness, discontinuing brushborder, changes in epithelium
- if survival: delayed maturation
parakeratosis on the - dermatitis around exposed parts of the the bodY ' orifices body and at the extredelayed wound healing mities - alopecia - intractable diarrhea appearing at the time of weaning if breastfed
lymphocytopenia - iron deficiency with death anemie usually due to - hepatosplenomegaly infection
- corrected by zinc applied to the leaves
- anorexia - behavioral changep - cerebellar ataxia
- reverted by oral- reverted by oral supplementation supplementation of of zinc zinc
increased susceptibility bo bacterial and monilial infec1tions severe defect in chemotaxis of P.M.N. + Mono - corrected by life long (7) oral supplementation of zinc
Other symptoms thought to be secondary to chronic zinc deficiency are as follows: 1. Congenital malformations of the neural tube and intrauterine growth retardation following zinc depletion in females and also in pregnant animals (Hambidge et al., 1975; Hambidge, 1977). 2. Impaired brain growth and subsequent learning disability in the rat has been reported following zinc deficiency (Sandstead et al., 1975). The patients with A.E. however are not characteristically mentally retarded. 61
It may be that the onset of symptoms is toe late to affect brain growth. Suble impairment of intellectual function has not been excluded (Hambidge et al., 1977). 3. Hypogeusia and hyposmia were reported by Henkin et al. (1967) to occur in patients treated with D-penicillamine for Wilson's disease. These symptoms were reverted by oral supplementation of zinco 4. Nyctalopia, particularly in patients with cirrhosis. 5. Impaired wound healing in chronically diseased subjects. Experimental and clinical data provide evidence that zinc supplementation promotes wound healing only in zinc deficient animals or patients and not in normals (Hallböök and Lanner, 1972; Elias and Chvapil, 1973).
Marginal zinc deficiency seems to be common in infants and young children. Tissue concentrations of zinc in the neonate approximate those of adults (Widdowson, 1969), and the term neonate does not start postnatal life with reserves of this metal as he does for copper or iron. This implicates that the young infant will rapidly be dependent on an adequate dietary intake to meet its requirements for postnatal growth. How weIl these requirements are met is not weIl known. Human colostrum contains large quantities of zinc (up to 20 mg/l) but subsequently the content of human milk declines to 3 mg/l by the end of the first month of lactation and averages less than 2 mg/l by 3 months. This compares to 3 mg zinc/l cow's milko The availability of zinc in human milk is better than in cow's milk, and the absorption in the first case is enhanced by the presence of ligands. In children with A.E. the beneficial effect of human mi Ik is weIl known. In early infancy, plasma zinc levels are by and large influenced by dietary intake, so that low levels may reflect inadequate zinc nutrition ' (Walravens and Hambidge, 1976). Infants fed a zinc supplemented formula (5.8 mg zinc/l) showed not only higher plasma zinc levels than control infants but also a greater growth rate. It could thus' be concluded that the low zinc content of the control (unsupplemented) formula was to some extent growth limiting. Moreover isolated observations have ', indicated that zinc
deficienc~
can be important in the etiology of a few cases of growth
failure in infancy and of some cases of pica (Hambidge and Silverman, 1973). There is thus a growing concern about the frequency of marginal growth limiting zinc deficiency in early childhood.
62
Pathophysiological mechanisms of zinc deficiency
Zinc is omnipresent in man's alimentation and its deficiency supposes the preexistence of contributing factors. 1. Unavailability of the zinc in the diet for intestinal absorption: a. the syndrome of adolescent nutritional dwarfism, first described in case of farmers in Egypt and Iran which feed exclusively on unfermented cereals, is most probably due to the addition of two fact~rs: the precipitation of zinc by phytic acid with formation of insoluble phytat,s (O'Dell and Savage, 1960) and its sequestration in the fiber fraction which is eliminated in the faeces (Reinhold et al., 1976). b. diets contaminated with chelating agents. c. diets contaminated with other minerals; through metal interaction on absorption sites. d. elemental and artificial diets (ora! . and intravenous), not supplemented with zinco 2. Increased losses: a . through sweat (zinc content
=
1.15
~g/ml)
(Henkin et al., 1975).
b. through urine. Hyperzincuria is especially associated with proteinuria, aminoaciduria (in particular cystinuria and histidinuria), and aminoglucose complexes in T.P.N.
(Freeman et al., 1975) or with tissue cata-
bolism. Hyperzincurie is also described in cirrhotic patients and during acute hepatitis. Patients treated with D-penicillamine develop zinc deficiency af ter long term therapy with this agent (Klingberg et al., 1976). C.
through exudates, especially in patients with burns or skin disorders (Henzel et al., 1970).
d. through faeces. In case of steatorrhea, zinc would be expected to form insoluble complexes with fat and phosphate in alcaline environment. Zinc deficiency has been described in patients with coeliac disease (Hellwege, 1971), cystic fibrosis (Halsted and Smith, 1970), disaccharide intolerance (Mac Mahon et al., 1968). By exudation states of lymph and plasma into the intestinal lumen one would expect zinc losses to occur. This was confirmed by Solomons et al. (1974) in patients with regional enteritis. 3. Inborn error of metabolism. Acrodermatitis enteropathica is an autosomal recessively inherited disease attributable to a severe zinc deficiency. One site of this defect appears tb be in the small intestine where it inhibits zinc absorption (Lombeek et al., 1975). Since supplementaloral zinc is 63
effective in correcting the deficiency state, the block in intestinal absorption is
probably only partial. It appears that there is a decreased
uptake of zinc by intestinal mucosal celis. The nature and site(s) of this inhibition is not yet fully understood. Evans (1976) suggested that in the laboratory animal the pancreas secretes a ligand .in the duodenum which complexes zinco The complexed zinc is then transported through the micrivillus into the epithelial celis. Moreover a low molecular wéight zinc binding ligand was found in human milk but not in cow's milk (Hurley et al., 1977). The absence of such a factor in patients with A.E. remains to be confirmed (see also van Loo, this symposium). Noteworthy is the existence of patients with A.E. and normal or elevated plasma zinc concentrationss, and in the future, various genetic variants (each with a specific defect in zinc metabolism, will probably be described (Garrets and Molokhia, 1977). 4. In association with sickle cell anemia a zinc defiency state with hyperzincuria can be found whose etiology remains to be eludicated (prasad, 1978). In limited uncontrolled studies zinc appeared to be effective in decreasing the symptoms and crises of sickle cell anemia patients. Undoubtedly more evaluation on this subject is needed in the future (Prasad, 1978).
Criteria to establish zinc deficiency The possibility of zinc deficiency should be entertained on the basis of clinical findings (Hambidge et al., 1977). An abnormally low plasma zinc concentration merely suggests zinc deficiency. Indeed low plasma or serum zinc levels are found in a variety of diseased states, and are not necessarily the result of a reduction of the total body pool but they reflect sometimes a shift of zinc from the plasma to another body pool. This can be seen for example in myocardial infarction, in acute infections or in chronic inflammatory states (Prasad, 1978). The combination of the following factors in a patient conf~
the diagnosis.
1. low zinc concentration in plasma (N: 0.7 - 1.1 (N:
10.1 - 13.4
~g/ml),
hair (N)70
~g/g)
~g/ml),
and sweat
(N:
erythrocytes 1.15
~g/ml)
(Hambidge et al., 1977). If deficiency is severe, hair growth may be impaired and the zinc concentration may remain relatively normal. 2. decreased zinc excretion in urine (N >100
~g/24
h).
3. low serum álkaline phosphatase. 4. catch-up skeletal growth and gonadal development af ter dietary zinc supplementation, i.e., clearcut clinical response to zinc therapy. 64
Treatment and prevention Administration of 1 mg zn++ per kg body weight per day appears to be both adequate and safe for the treatment of nutritional zinc deficiency. Larger quantities seem te oe needed in the treatment of A.E. The clinical response is dramatic: skin lesions and diarrhea improve within one to 2 days (Hambidge et al., 1977). Most commonly zinc has been given as the sulfate and is usually weil tolerated.
An
alternative zinc salt such' as the acetate is preferabie to use
in case of gastrointestinal intolerance. There is no risk of toxicity in this range of doses. Considerably larger quantities may inhibit iron and copper absorption, which may lead to anemia. Prevention is best
achiev~d
by appropri-
ate nutritional advice. The Recommanded Dietary Allowance (1974) is 10 mg a day for growing children. In general the best dietary sources of zinE. are' animal products and fish (Murphy et al., 1975; Freeland and Cousins, 1976). Although most milkformulas have now bee n supplemented with varying quantities of zinc, one must remember that breast feeding still provides the best means of protection against zinc deficiency in infancy.
Literature Campo, A.G., C.J. McDonald: Treatment of acrodermatitis enteropathica with zinc sulfate. Arch. Dermatol., 112 (1976) 687. Elias, S., M. Chvapil: Zinc and wound healing in normal and chronically ill rats. J. Surg. Res., 15 (1973) 59 - 66.
Evans, G.W.: Absorption and transport of zinco In: Trace elements in human health and disease, Vol. I. Ed.: A.S. Prasad. Academie Press, New York (1976) 181 - 187.
Freeland, J.H., R.J. Cousins: Zinc content of selected foods. J. Am. Dietetic. Assoc., 68 (1976) 526. Freeman, J.B., L.D. Stegink, P.D. Meyer: Excessive urinary losses during parenteral alimentation. J. Surg. Res., 18 (1975) 463 - 469.
65
'Garrets, M., M. Molokhia: Acrodermatitis enteropathica without hypozincemia. J. Pediatr., 91 (1977) 492 - 494. HallbOOk, T., E. Lanner: Serum zinc and healing of venous leg ulcers. Lancet (1972) ii, 780 - 782. Halsted, J.A., J.C. Smith: Plasma zinc in health and disease. Lancet (1970) i, 322 - 324. Halsted, J.A., J.C. Smith, M.I. Irwin: A conspectus of research on zinc requirements of man. J. Nutr., 104 (1974) 345 - 378. Hambidge, K.M., K.H. Neldner, P.A. Walravens: Zinc, acrodermatitis enberopathica and congenital malformations. Lancet (1975) i, 577. Hambidge, K.M., A. Silverman: Pica with rapid improvement af ter dietary zinc suppl~ntation.
Arch. Dis. Child., 48 (1973) 567 - 568.
Hambidge, K.M.: The role of zinc and other trace metals in pediatric nutrition and health. Pedo Clin. N. Am., 24 (1977) 95 - 106. Hambidge, K.M., P.A. Walravens, K.H. Neldner: The role of zinc in the pathogenesis and treatment of acrodermatitis enteropathica. In: Zinc metabolism, CUrrent aspects in health and disease.Eds.. : G.T. Brewer, A.S. Prasad. Alan Liss, New York (1977) 329 - 340. Hellwege, H.H.: Der Serumzinkspiegel und Veränderungen bei einigen Krankheiten im Kindersalter. Montsschr. Kinderheilkd., 119 (1971) 37 - 41.
Henkin, R.I., H.R. Keise!, I.A. Jaffe, I. Sternlieb, I.H. Scheinberg: Decreased taste sensitivity af ter D-penicillamine reversed by copper administration. Lancet (1967) ii, 1278 - 1271. Henkin, R.I., P.J. Schechter, R.C. Hoye, et al.: ldiopathic hypogeusia with dysgeusia, hyposmia and dysosmia. A new syndrome. J.A.M.A., 217 (1971) 434 - 44Ó. Henkin, R.I., B.M. Patten, P.K. Re: A syndrome of acute zinc loss. Arch. Neurol., 32 (1975) 745 - 751. 66
Henzel, J.H., M.S. De Weese, E.L. Lichti: Zinc concentrations within healing wounds. Arch. Surg., 100 (1970) 349 - 357.
Hirsch, F.S., B. Michel, W.H. Strain: Gluconate zinc in acrodermatitis enteropathica. Arch. Dermatol., 112 (1976) 475. Hurley, L.S.: Zinc deficiency in the developing rat. Am. J. Clin. Nutr., 22 (1969) 1332 - 1339.
Hurley, L.S., J.R. Duncan, M.V. Sloan, C.D. Eckhert: Zinc binding ligands in milk and intestine: a role in neonatal nutrition. Proc. Natl. Acad. Sci .. U.S.A., 74 (1977) 3547 - 3549. Klingberg, W.G., A.S. Prasad, D. Oberleas: Zinc deficiency following penicillamine therapy. In: Trace elements in
huma~
health and disease, Vol. I, Ed.:
A.S. Prasad. Academic Press, New York (1976) 51 - 65.
Lombeck, I., H.G. Schnippering, F. Ritzl, L.E. Feinendegen, H.J. Bremer et al.: Absorption of zinc in acrodermatitis enteropathica. The Lancet (1975) i, 855. MacMahon, R.A., M.L. Parker, M.C. Mc. Kinnon: Zinc treatment in malabsorption. Med. J. Aust., 2 (1968) 210 - 212. Michaelsson, G.: Zinc therapy in acrodermatitis enteropathica. Acta Dermatovener. , 54 (1974) 377.
Moynahan, E.J.: Acrodermatitis enteropathica: a lethal inherited human zinc deficiency disorder. Lancet (1974) ii, 399 - 400.
Murphy, E.W., B.W. Willis, B.K. Watt: provisional tables on the zinc content of foods. J. Am. Dietetic. Assoc., 66 (1975) 345. Neldner, K.H., K.M. Hambidge: Zinc Therapy of acrodermatitis enteropathica. New Engl. J. Med., 292 (1975) 879 - 882.
O'Dell, B.L., J.E. Savage: Effect of phytic acid on zinc availability. Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 103 (1960) 304 - 306.
67
Prasad, A.S.: Trace elements and iron in human metabolism. Plenum, New York (1978) 251 - 346.
Prasad, A.S., J.A. Halsted, M. Nadimi: Syndrome of iron deficiency anemia, hepatosplenomegaly, hypogonadism, dwarfism and geophagia. Am. J. Med., 31 (1961) 532 - 546. Portnoy, B., M. Molokhia: Zinc in acrodermatitis enteropathica. Lancet (1974) ii, 663.
Raulin, J.: Etudes cliniques sur la végétation. Ann. Sci. Natur. Botan. Biol. Veget., 11 (1869) 93. Recommanded Dietary Allowance: Report of the Food and Nutrition Board, National Research Council, Ed 8. Washington, D.C., National Academy of Sciences, 1974.
Reinhold, J.G., B. Faradji, P. Abadi, F. Ismail-Beigi: Binding of zinc to fiber and other solids of wholemeal bread. In: Trace elements in Human Health and Disease, Vol. I. Ed.: A.S. Prasad. Academic Press, New York (1976) 163 - 180.
Rubin, H., T. Koide: Inhibition of DNA synthesis in chick embryo cultures by deprivation of either serum of zinco J. Cello Physiol., 82 (1973) 777 - 786. Sandstead, H.H., G.J. Fosmire, J.M. McKenzie, E.S. Halas: Zinc deficiency and ' brain development in the rat. Fed. Proc., 34 (1975) 86 - 88.
Sandstead, H.H., K.P. Vo-Khactu, N.W. Solomons: Conditioned zinc deficiencies. In: Trace elements in Human Health and Disease, Vol. I. Ed.: A.S. Prasad. Academic Press, New York (1976). Smith, J.C., E.G. Mc. Daniel, F.F. Fan, J.A. Halsted: Zinc, a trace element essential in vitamin A metabolism. Science, 131 (1973) 154. Solomons, N.W., K.V. Khactu, H.H. Sandstead, I.C. Rosenberg: Zinc nutrition in regional enteritis. Amer. J. Clin. Nutr., 27 (1974) 438.
68
Thyresson, N.: Acrodermatitis Enteropathica. Acta Dermatovener., 54 (1974) 383. Todd, W.R., C.A. Elvehjem, E.B. Hart: Zinc in the nutrition of the rat. Amer. J. Physiol., 107 (1934) 146 - 156.
Walravens, P.A., K.M. Hambidge: Growth of infants fed a zinc supplemented formula. Am. J. Clin. Nutr., 29 (1976) 1114 - 1121. Walravens, P.A., K.M. Hambidge, K.H. Neldner, A. Silverman, W.J. van DoornincJ l, G. Mieran, B. Favara: Zinc metabolism in acrodermatitis enteropathica. J. Pediat., 93 (1978) 71 - 73. Widdowson, E.M.: Trace elements in human development. In: Mineral Metabolism in paediatrics. Eds: D. Baltrop, W.L. Burland,Blackwell, Oxford (1969) 85 · - 98.
69
ADEMA DISEASE, MOGELIJK MODEL VOOR ACRODERMATITIS ENTEROPATHICA
J. van Loo
Inleiding Sinds de vijftiger jaren worden de Nederlandse veterinaire klinici geconfronteerd met Friesche kalveren, lijdende aan een ziekte die vooral de huid en de slijmvliezen van het spijsverteringskanaal aantast. De ziekte werd ook in de ons omringende landen waargenomen (Denemàrken, B.R. Duitsland, ~ .
Groot-Brittannie, Italie). Ze werd aanvankelijk onder uiteenlopende namen beschreven (Stöber, 1971; Brummerstedt e.a., 1971; Kroneman e.a., 19751, maar staat momenteel algemeen bekend als "Adema disease" of lethaalgen A46. Het feit dat de aangetaste dieren steeds zwartbonten van Friesche herkomst waren deed al gauw het vermoeden rijzen, dat het hier ging om een erfelijke afwijking. Onderzoek aan de hand van stamboekgegevens leerde dan ook, dat we te maken hadden met een monofactorieel recessief overervende afwijking, gelegen in een autosomaal gen. De genetische oorsprong van de afwijking kon aanvankelijk worden nagegaan tot de fokstier Adema 21 van de Woudhoeve (N.R.S. 26781), geboren in 1946, maar later tot diens voorvader in de vierde generatie, de stier Egbert (N.R.S. 13110), geboren in 1936 (StOber, 1971;. Kroneman e.a., 1975; Andresen e.a., 1970; 1974).
Ziektebeeld De dieren worden normaal geboren en de eerste klinische symptomen treden meestal op in de 4e - 6e levensweek, soms wat later. Aanvankelijk ziet men alleen een geleidelijke achteruitgang van de algemene konditie van het dier met een verminderde eetlust, wat speekselen en diarrhee. De vacht ziet er enigszins droog en schilferig uit. Deze vorming van huidschilfers is het sterkst aan de kop en poten.
71
/
Geleidelijk zien we nu een aantal veranderingen aan de huid optreden, op de kop vooral rond mond en ogen en aan de basis van het oor, verder aan de onderbenen en in liezen en oksels. De aangetaste gebieden vertonen haaruitval en er vormen zich dikke knobbelige korsten. De huid is pijnlijk en de dieren trachten zich
voortdurend~met , st~j~~
moeizame bewegingen te likken en te
schuren. Als gevolg hiervan ontwikkelen zich op de aangetaste plekken meestal ontstekingen waardoor de pijn door zwelling nog verhevigd wordt. Meestal zien we in dit stadium ook een conjunctivitis en stomatitis optreden. Vanaf dit moment gaat de konditie van het dier snel achteruit als gevolg van het nauwelijks meer eten of drinken, gekombineerd met vochtverlies door diarrhee en speekselen. De , uiteindelijke doodsoorzaak is meestal een secundair optredende virale en/of bacteriële infektie van maagdarmkanaai of luchtwegen. Het dier heeft hier kennelijk weinig afweer tegen. Dit sluit aan bij de waarnemingen van Brummerstedt e.a. (1974), dat A46 dieren een sterk verminderde reaktiviteit van het celgebonden immuunsysteem vertoonden en een gestoorde werking van de humorale afweer. Het manifest worden van de bovenbeschreven verschijnselen gaat steeds gepaard aan een sterke daling van het zinkgehalte van het serum. Waarden van 20
~g/100
mI zijn daarbij niet zeldzaam (Krone-
man e.a., 1975; Flagstad, 1976). Normaal voor runderen zijn waarden van 80-140
~g/100
mI.
Pathologische kenmerken Bij post mortem onderzoek van de dieren vertonen de aangetaste huiddelen het beeld van parakeratose, in vergevorderde stadia gekombineerd met dermatitis. Soms worden erosieve ontstekingen van het mondslijmvlies waargenomen gekombineerd met een verdikking van de binnenste lagen van het epitheel. Ook de oesophagus laat soms een verdikking van de binnenste lagen van het epi theel van het cutane slijmvlies zien . In de darm vindt men regelmatig de tekenen van een enteritis. Vooral Brummerstedt e.d. (1974) melden ook sterke veranderingen van de lymfatische organen. De thymus vertoont dan een zeer sterke hypoplasie en bereikt nauwelijks 5 % van het gewicht van die van een normaal dier. Ook de perifere lymfatische organen zijn minder sterk ontwikkeld. Het histologische beeld van de aangetaste huid laat in een vroeg stadium een ' verstoring van de onderlinge samenhang van de cellen van het stratum spinosum 72
zien. Intracellulair zien we de vorming van grote vacuolen. Het beeld van de gestoorde keratinevorming zet zich voort in het stratum spinosum waar de karak teristieke keratohyaline korrels vrijwel ontbreken. In de buitenste lagen zien we dan in tegenstelling tot een normaal stratum corneum een groot aantal lagen vrij dikke cellen waarin de kern nog duidelijk waarneembaar is. Het geheel is gelegen op een meer of minder oedemateus corium. Wanneer er ook van een dermatitis sprake was, zien we een lympho- en leucocytaire invasie van het epitheel. Histologisch onderzoek van de lymfatische organen laat in de hypoplastische thymus een vrijwel geheel ontbreken van lymfocyten in de cortex zien. De thymus-afhankelijke gebieden in de perifere organen zijn eveneens nauwelijks ontwikkeld. Ook in de milt en in de wand van het spijsverteringskanaal zij de lymfefollikels nauwelijks ontwikkeld, in de lymfeklieren vaak nog wel.
Oorzaak Aanvankelijk meende een aantal onderzoekers dat de primaire oorzaak van deze afwijking gelegen was in een deficientie van het immuunsysteem en wel vooral van het celgebonden systeem (Brummerstedt e.a., 1974). Tegenwoordig wordt vrijwel algemeen aangenomen, dat hier van een malabsorptie voor zink sprake is, omdat behandeling met extra zink alle symptomen, inklusief die van de lymfatische organen, doet verdwijnen en omdat er zich bij normale dieren met een zink-deficient dieet ook een hypoplasie van het lymfatisch systeem ontwikkelt. Het direkte bewijs van de verminderde zinkabsorbtie is inmiddels geleverd (Flagstad, 1976; 1977; 1978). Over de cytogenetische aspekten van de afwijking zijn de waarnemingen tegenstrijdig. Er is één melding van significant hogere aantallen chromosomale beschadigingen bij de aangetaste dieren (Herzog en Höhn, 1971). Dit kon echter door anderen niet bevestigd worden
(Andres~n
e.a., 1970), ook niet door experimenten in ons eigen instituut (Bosma en Kroneman, 1979). Voor het onstaan van de chromosomale beschadigingen zal dus mogelijk een andere oorzaak gezocht dienen te worden. Toch is het theoretisch mogelijk, dat zich in situaties van extreme zinkdeficientie onregelmatigheden in de chromosomen voordoen, gezien de storingen die onder die omstandigheden in de DNA-synthese gevonden worden (Chesters, 1974; Prasad en Oberleas, 1974) .
73
Acrodermatitis enteropathica Wanneer we het ziektebeeld van onze kalfjes vergelijken met de humane acrodermatitis enteropathica (A.E.; zie ook van Caillie-Bertrand;dit symposium) dan zien we een grote mate van overeenkomst. In beide gevallen is er sprake van een autosomaIe, recessief erfelijke afwijking, resulterend in een malabsorbtie van zink. Dat de secundaire verschijnselen, veroorzaakt door het zinkgebrek, veel overeenkomst vertonen is dus niet zo verwonderlijk. In beide gevallen zien we de sterkste aantasting van die weefsels die door een hoge proliferatiesnelheid of anderszins (bijv. aanmaak van grote hoeveelheden zinkhoudende celprodukten) een hoge zinkbehoefte hebben. Of we bij beide afwijkingen echter te maken hebben met precies hetzelfde primaire defect valt op dit moment niet te zeggen. Zelfs is het niet zeker of we bij de A.E. steeds met één en dezelfde genetische afwijking te maken hebben. De ziekte komt over de gehele wereld voor, verspreid over vele mensenrassen, zodat onderlinge verwantschap onwaarschijnlijk is, doch niet geheel uitgesloten. Er bestaan echter ook aanzienlijke verschillen tussen de als A.E. beschreven gevallen. Zo is er bij het merendeel van de A.E. patienten sprake van een duidelijke verlaging van het serumzink gehalte. Er zijn echter ook gevallen bekend met een normaal (Rubin e.a., 1978) en zelfs met een verhoogd serumzink gehalte (Garrets en Molokhia, 1977). Merkwaardig is, dat zich in dit laatste geval toch A.E.-achtige huidverschijnselen voordeden, terwijl bovendien een extra zinkgift heilzaam bleek. Meestal is bij de heterozygote dragers van de ziekte geen afwijkende serum-zink concentratie waar te nemen
Hirsch
e.a. (1976) beschrijven echter één geval van A.E. waar bij alle heterozygote verwanten van de patientjes toch een min of meer verlaagde serum-zink concentratie werd waargenomen.
Ook het verloop van A.E. op latere leeftijd is variabel. Meestal leidt een onbehandelde A.E. reeds op jonge leeftijd tot de dood of blijven de patienten levenslang afhankelijk van zinkdoseringen. Er zijn echter ook gevallen bekend waarin na het bereiken van de volwassenheid de zinktherapie zonder terugkeer der verschijnselen gestaakt kon worden (Portnoyen Molokhia, 1976; Braun e.a., 1977). Ook zijn er A.E. gevallen beschreven die zonder therapie, met slechts lichte verschijnselen volwassen werden of waar zelfs de verschijnselen na het bereiken van de puberteit nagenoeg verdwenen
(~lholm-Larsen,
1978).
Hoewel een deel van deze variabiliteit misschien te verklaren is op grond van de waarschijnlijk grote verschillen in de hoeveelheid "availaIile" zink in de diverse dieten, toch blijft de indruk van een zekere heterogeniteit bestaan. 74
De A46 runderen vormen wat dat betreft een homogene groep. De genetische samenhang tussen de verschillende patienten ligt geheel vast en ook de verschijnselen zijn uniform. De dieren hebben steeds een verlaagd serum-zink gehalte en blijven levenslang aangewezen op zinktherapie.
Met Walravens e.a.
(1976) vragen wij ons dan ook af of we in het geval van de
A.E. niet te maken hebben met een verzameling van afwijkingen, alle betrekking hebbende op de zinkabsorbtie, maar zonder strikte genetische samenhang. Dit in tegenstelling tot het genetisch wel homogene Lethaalgen A46.
Zinkopname Het onderzoek naar de wijze waarop bij mens en dier in de darm zink wordt opgenomen is weliswaar nog verre van voltooid, toch zijn er inmiddels een aantal aspekten bekend, die het opstellen van een hypobhese over de aard van het primaire defect bij Adema disease en A.E. mogelijk maken.
Het grootste deel van de opname vindt plaats in de dunne darm, vooral in het duodenum. De waarnemingen lopen echter nogal uiteen en er schijnen grote verschillen per diersoort te zijn. Bij het rund werd daarnaast een aanzienlijke zinkabsorbtie aangetoond in de dikke darm (Hampton e.a., 1975; 1976), terwijl kennelijk ook in de lebmaag zink kan worden opgenomen (Miller en Cragle, 1965).
De opname in de dunne darm is een aktief proces (Kowarsky e.a., 1974) dat in een aantal stappen verloopt (Miller, 1971). Waarschijnlijk is de eerste stap de koppeling van het zink, in de darmlumen, aan een ligand die de verdere opname in de darmepitheelcel mogelijk maakt (Hahn en Evans, 19731. Van deze ligand
weten we, dat het een vrij klein molekuul moet zijn, maar de verdere
karakterisering leidt bij verschillende auteurs tot totaal verschillende uitspraken (prostaglandine - Song en Adham, 1978; polypeptide - Schriker en Forbes, 1978).
In de melk van mens en rat werd een soortgelijke laagmolekulaire ligand aangetoond (Hurley e.a., 1979; Eckhert e.a., 1977). Deze ligand schijnt in de neonatale periode de funktie van de endogene liganden, die dan nog in onvoldoende mate aanwezig zijn, over te kunnen nemen. Zij werd door Hurley e.a. (1979) als eenvoudig citraat gekarakteriseerd. Al met al kunnen wij ons af75
vragen
of we hier moeten denken aan één specifieke laagmolekulaire zinkbinder
of dat er sprake is van een groep verbindingen, alle met een laag molekuulgewicht en met voor wat betreft zink vergelijkbare eigenschappen. Het belangrijkste effect van deze verbindingen is misschien het in de darm aanwezige zink te weerhouden zich aan hoogmolekulaire komplexen te binden, hetgeen de beschikbaarheid van dit zink voor de absorptie sterk vermindert (O'Dell, 1969). Bij het zoeken naar allerlei laagmolekulaire zinkbindende liganden plaatsten Cousins e.a. (1978) nog de kritische kanttekening, dat met de hiertoe gebruikelijke gelfiltratiescheidingen van supernanten van weefselhomogenaten het gevaar bestaat, dat door ontleding ontstane zinkbindende "brokstukken" van metallothioneines en andere grotere zinkhoudende molekulen in de laagmolekulaire frakties terecht komen en zo het beeld vertroebelen. De theoretische mogelijkheid, dat dergelijke brokstukken ook in vivo in het darmlumen ontstaan en zelfs een duidelijke fysiologische funktie hebben werd door deze auteurs echter niet in beschouwing genomen. Het in het darmlumen gekomplexeerde zink wordt naar men aanneemt aan het oppervlak van de darmepitheelcel geadhereerd, waarna opname in de cel volgt. Of hierbij de ligand mee opgenomen wordt is niet duidelijk. Hydroxychinoline, waarvan het therapeutisch effekt bij A.E. schijnt te berusten op het feit, dat het in het darm lumen als laagmolekulaire ligand voor zink kan fungeren, wordt in ieder geval niet door de darmepitheelcel opgenomen. In de epitheelcel wordt een deel van het zink gebonden aan metallothioneine (MT), misschien als tussenstation voor verder transport . De cel heeft hier echter ook een mechanisme om eventueel te veel opgenomen Zn te elimineren. Immers, de darmepitheelcel heeft een vrij korte levensduur en komt via desquamatie aan de top van de villus weer in het darmlumen terecht, samen met nog aanwezig Zn-MT. Of dit uitgescheiden Zn-MT later weer voor heropname in aanmerking kan komen is eigenlijk nog een open vraag, maar gezien het gemak waarmee metallothioneines uiteen blijken te vallen (Cousins e.a., 1978), is het wel waarschijnlijk. Omtrent het mechanisme waardoor het zink aan de basolaterale zijde de darmcel weer verlaat om tenslotte, gebonden aan albumine en transferrine, via het bloed te worden afgevoerd is momenteel niets bekend.
Zinkuitscheiding
Het meeste zink verlaat het 76
li.cha~
weer via de faeces, sleclits . weinig
via de urine. Het faecale zink is in de eerste plaats het zink dat niet geabsorbeerd wordt uit de voeding. Voor een kleiner deel is het van endogene oorsprong. Hierbij speelt de pancreas een belangrijke rol, hoewel deze rol bij verschillende diersoorten verschillend van omvang is. Bij het rund loopt ongeveer
~
van de totale teruguitscheiding langs deze weg (Stake e.a., 1974).
Of en in hoeverre de eveneens veel zink bevattende Paneth cel een rol speelt in de regulering van de zink+homeostase is momenteel nog onbekend.
Mogelijke storingen in het zinkopnamemechanisme bij A.E. en A46 Zowel de A.E. patient als het A46·rund vertonen een sterk verminderde absorbtie van zink uit de darm bij een normale uitscheiding via de nier (Flagstad, 1976. Lombeck e.a., 1975). Er is stapeling van zink in de
o~k
darmepibheelcel~oals
geen sprake van een verhoogde Hunt (1974) dit voor koper be-
schrijft bij een malabsorbtie van dat element in de muis. De veronderstelling is dus gerechtvaardigd dat we de oorzaak van de verminderde absorbtie moeten zoeken in de eerste fase van het proces, vanaf het koppelen aan de laagmolekulaire zinkbinder tot aan het opnamen van het gekoppelde zink in het interieur van de darmepitheelcel. Dat deze laatstgenoemde stap, de membraanpassage, gestoord zou zijn lijkt minder waarschijnlijk daar lymfocyten van A46 dieren na een verblijf in een zinkdeficient milieu geen moeite schijnen te hebben om het voor stimulatie met phytohaemagglutinine benodigde zink (Chesters, 1972) uit het kweekmedium op te nemen (van Loo, ongepubl.), terwijl fibroblasten van A.E. patienten in vitro zelfs meer zink lijken op te nemen (Hambidge e.a., 1977). Inmiddels zijn er aanwijzingen (Casey e.a., 1978) dat de duodenuminhoud van 65 Zn, een veel geringer percentage
A.E. patienten, na incubatie in vitro met
hiervan in laagmolekulaire frakties bindt dan die van normale individuèn. Dit zou kunnen wijzen op een verminderde aanwezigheid van een specifieke ligand. Ook overmatige konkurrentie van een andere hoger molekulaire ligand is niet uitgesloten. In hoeverre een dergelijke afwijkende zinkbinding van de duodenuminhoud ook bij het A46 rund voorkomt werd tot op heden niet nagegaan. Over de plaats van herkomst van de voor A.E. van belang zijnde
laagmole~
kulaire liganden bestaat momenteel nog veel onduidelijkheid. Diverse auteurs (Evans e.a., 1975; 1976) noemen de pancreas als zodanig en zij isoleerden uit , 77
pancreas sap zowel als uit pancreashomogenaten een zinkbindende fraktie met een molekuulgewicht van
~
1500 die in geisoleerde rattedarmsegmenten de opname
van 65zn bleek te bevorderen. Anderen veronderstellen (Mayer e.a., 1978), dat het ontbreken van zinkbindende liganden in de darm samenhangt met het niet funktioneren van een oligopeptidase die de vorming van di- en tripeptiden in de darminhoud zou moeten bevorderen, hoewel vanuit deze theorie moeilijk het ontstaan van een specifieke malabsorbtie van zink valt te verklaren. Hoe dan ook, het feit, dat de pancreas een positieve rol speelt bij de zinkabsorptie wordt ook door anderen aangenomen (Abdulla e.a., 1978), hoewel ook op dit punt soms tegenovergestelde resultaten gemeld worden (Antonson e.a., 1979). Het is in ieder geval voorstelbaar dat een regulering van de zinkhomeostase via de pancreas verloopt, gezien de snelheid waarmee dit orgaan, meer nog dan de lever, op fluktuaties in de serum-zinkspiegel reageert (Davies en Bremner, 1974) en gezien de eerder vermelde uitscheiding van zink via de pancreas terug naar de darm.
Onderzoek zinkbindende frakties in de pancreas van normale en A46 runderen Tot op heden konden door ons de resultaten van Evans, e.a. (1975), verkregen bij ratten, niet bevestigd worden. Wij onderzochten homogenaten van pancreas65 materiaal bij runderen. Konfrontatie van onze homogenaten met Zn leverde na gelfiltratie over Sephadex G-75 een verdeling van dit zink over drie pieken op. Dit in tegenstelling tot de ophoping in één laagmolëkulaire piek die Evans vond. In onze experimenten werd slechts een klein gedeelte van het in vitro gebonden zink in de laagmolekulaire frakties aangetroffen. Of hier van wezenlijke soortspecifieke verschillen sprake is of dat de verschillen berusten op kleine variaties in de gebruikte methodiek moet nog worden nagegaan.
Toekomstig onderzoek Dankzij het feit dat A46 runderen met orale zinksuppletie klinisch geheel gezond te houden en tot geslachtsrijpheid te brengen zijn, beschikt men bij de vakgroep Inwendige Ziekten van de Faculteit der Diergeneeskunde permanent over een kleine groep van deze dieren voor onderzoekdoeleinden. Dit is voor verder onderzoek van het grootste belang, daar met het herkennen van het 70
erfelijke karakter van de afwijking en het algemeen bekend zijn van de zinktherapie het probleem voor wat betreft de veefokkerijk eigenlijk opgelost is. Heterozygote dragers onder de fokstieren worden waar mogelijk geëlimineerd en eventuele nog verschijnende A46 kalveren worden met extra zink tot slachtrijpheid opgefokt en zo ook buiten de reproduktie gehouden. Het A46 gen zal binnenkort geheel uit de rundveestapel zijn verwijderd. Met het bestaande materiaal kan echter het onderzoek, vooral naar mogelijke liganden in het darmlumen en de eventuele produktie ervan door de pancreas, worden voortgezet.
Doordat met dit materiaal vaak experimenten mogelijk zijn die niet tot de mogelijkheden van de onderzoeker van de humane A.E. behoren, zal het onderzoek van de A46 runderen, ondanks het bestaan van eventuele verschillen tussen de beide afwijkingen, toch van belang blijven.
samenvatting en konklusies Aan de hand van literatuurgegevens werd een overzicht gegeven van de huidige stand van zaken bij het onderzoek naar de achtergronden van de "Adema disease" bij runderen en de humane Acrodermatitis enteropathica. In beide gevallen is er sprake van een recessief erfelijke autosomale afwijking, resulterend in een verminderd vermogen tot zinkópname in de darm. Vele van de verschijnselen van de hierdoor ontstane zinkdeficientie lijken sterk op elkaar.
Het is niet onmogelijk, dat er binnen de A.E. sprake is van verschillende genetische afwijkingen, alle betrekken hebbend op het zinkmetabolisme. Het onderzoek naar de feitelijke achtergronden van de afwijkingen is nog in een te vroeg stadium om uit te maken in hoeverre de humane en de bovine afwijking parallel lopen. Er zijn inmiddels wel aanwijzingen, dat er verschillen bestaan. Ondanks deze eventuele verschillen biedt het A46 rund de onderzoeker van A.E. vaak meer experimentele mogelijkheden dan de eigen patienten.
79
Literatuur Abdulla, M., B. Andersson, A. Evander, P. Li+ja, I. Lundquist, ·S. Svensson, I. Ihse: Zinc and copper concentrations in serum, blood and liver in moderate ex:perimental pancreatic insufficiency. Digestion, 18 (1978) 86 - 92. Andresen, E., T. Flagstad, A. Basse, E. Brummerstedt: Evidence of a lethal trait, A46 in black pied Danish cattle of Friesian descent. Nord. Vet. Med., 22 (1970) 473 - 485.
Andresen,E., A. :Basse, E. Brummerstedt, T. Flagstad: Lethal trait A46 in cattle. Additional genetic investigations. Nord. Vet. Med., 26 (1974) 275 - 278. Antonson, D.L., A.J. Barak, J.A. Vanderhoof: Determination of the site of zinc absorbtion in rat small intestine. J.Nutr., 109 (1979) 142 - 147. Bosma, A.A., J. Kroneman: ehromosome studies in cattle with hereditary zinc deficiency (Lethal trait A46).
In press (1979).
Braum, O.H., K. Heilmann, J.A. Rossner, W. pauli, K.E. Bergmann: Acrodermatitis enteropathica: 11 Zi9 c deficiency and ultrastructural findings. Eur. J. Pediat., 125 (1977) 153 + 162. Brummerstedt, E., T. Flagstad, A. Basse, E. Andresen : The effect of zinc on calves with hereditary thymus hypoplasia (Lethal trait A46). Acta Path. Microbiol. Scan. Sect. A, 79 (1971) 686 - 687. Brummerstedt, E., E. Andresen, A. Basse, T. Flagstad: Lethal trait A46 in cattle. Immunological investigations. Nord. Vet.Med., 26 (1974) 279 - 293. Brummerstedt, E., A. Basse, T. Flagstad, E. Andresen: Animal model of human disease. Acrodermatitis enteropathica, zinc malabsorbtion. Lethal trait A46 in cattle. Am. J. Pathol., 87 (1977) 725 - 728. easey, e.E., K.M. Hambidge, P.A. Walravens, A. Silverman, K.H. Neldner: Zinc bindig in human duodenal secretions. Lancet (1978) ii, 423.
80
Chesters, J.K.: :The role of zinc in the transformation of lymphocytes by phytonaemagglutinin. Bioch. J., 130 (1972) 133 - 139.
Chesters, J.K.: Biochemical functions of zinc with emphasis on nucleic acid metabolism and cell division. In: Trace element metabolism in animals - 2. Eds.: Hoekstra e.a. University Park Press, Baltimore (1974) 39
~
50.
Cousins, R.J., K.T. Smith, M.L. Failla, L.A. Markowitz: Origin of low molecular weight zinc-binding complexes from rat intestine. Life Sciences, 23 (1978) 1819 - 1826. Davies, N.T., I. Bremner: Studies.on the appearance of a zinc-binding protein in rat pancreas. Biochem. Soc. Trans., 2 (1974) 654 - 656. Duncan, J .R., L.S. Hurley:. Intestinal
ab~.rbtion
of zinc: a role for a
zinc-binding ligand in milko Am. J. Physiol., 235 (1978) E556 - E560. Eckhert, C.D., M.V. Sloan, J.R. Duncan, L.S. Hurley: Zinc binding: a difference between human and bovine milko Science, 195 (1977) 789 - 790.
Evans, G.W., G.I. Grace, H.J. Votava: A proposed mechanism for zinc absorbtion in the rat. Am. J. Physiol., 228 (1975) 501 - 505. Evans, G.W., P.E. Johnson: Zinc-binding factor in acrodermatitis enteropathica. Lancet (1976) ii, 1310. Flagstad, T.: Letahl trait A46 in cattie. Intestinal zinc absorbtion. Nord. Vet. Med., 28 (1976) 160 - 169.
Flagstad, T.: Intestinal absorbtion of 65zinc in A46 (Adema disease) af ter treatment with oxichinolines. Nord. Vet.Med., 29
(1~77)
96 - 100.
Flagstad, T.: The influence of oxychinolines of intestinal zinc absorbtion and on zinc transport in serum in cattie. In: Trace element metabolism ·in man and animals - 3. Ed.: M. Kirchgessner. Arbeitskreis fftr Tierernährungsforschung, Freising (1978) 423 - 426. Garrets, M., M. Molokhia: Acrodermatitis enteropathica without hypozincemia. J. Pediat., 91 (1977) 492 - 494. 81
Hahn, C., G.W. Evans: Identification of a low molecular weight 65zn complex in rat intestine. Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 144 (1973) 793 - 795. Hambidge, K.M., P.A. Walravens, K.H. Neldner, N.A. Daugherty: Zinc, copper and fatty acids in Acrodermatitis Enteropathica. In: Trace element metabolism in man and animals - 3. Ed.: M. Kirchgessner. Arbeitskreis für
Tierer-
nährungsforschung, Freising (1978) 413 - 417. Hampton, D.L., W.J. Miller, O.M. Blackmon, R.P. Gentry, M.W. Neathery, J.W. Lassiter, R.L. Kincaid, P.E . Stake: Zinc absorbtion from the small intestine in young calves. J. Dairy Sci., 59 (1975) 712 - 715. Hampton, D.L., W.J. Miller, M.W. Neathery, R.L. Kincaid, D.M. Blackmon, R.P. Gentry: Absorbtion of zinc from small and large intestine of calves.
J. Dairy Sci., 59 (1976) 1963 - 1967. Herzog, A., H. HOhn: Chromosomdefekte bei der erbliche Parakeratose des schwarzbunten Kalbes • Vorläufige Mi tteilung. Giessener Beitr '. Erb. Path. Zuchthyg., 3 (1971) 1. Hirsch, F.S., B. Michel, W.H. Strain: Gluconate zinc in acrodermatitis enteropathica. Arch. Dermatol., 112 (1976) 475 - 478. Hunt, D.M.: Primary defect in copper transport underlies mottled mutants in the mouse. Nature, 249 (1974) 852 - 854. Hurley, L.S., J.R. Duncan, M.V. Sloan, C.D. Eckhert: Zinc-binding ligands in milk and intestine: a role in neonatal nutrition? Proc. Nat. Acad. Sci., 74 (1977) 3547 - 3549. Hurley, L.S., B. Lönnerdal, A.G. Stanislowski: Zinc citrate, human milk and acrodermatitis ' enteropathica. Lancet (1979) i, 677 - 678. Kowarsky, S., C.S. Blair-Stanek, D. Schachter: Active transport of zinc and identification of zinc-binding protein in rat jejunal mucosa. Am. J. Physiol., 226 (1974) 401 - 407. Kroneman, J., G.J.W. v.d. Mey, A. Helder: Hereditary zinc deficiency in Dutch Friesian cattle. Zbl. Vet. Med., A22 (1975) 201 - 208. 82
van Leeuwen, J.M., J. van der Grift: Waarnemingen omtrent de Zn-stofwisseling van kalveren. Verslagen v. Landbouwk. Onderz. Centrum v. Landbouwpublikaties en landbouwdokumentatie Wageningen (1969) 731. Lombeck, I., H.G. Schnippering, F. Ritzl, L.E. Feinendegen, H.J. Bremer: Absorption of zinc in acrodermatitis enteropathica. Lancet (1975) i, 855. van Loo, J.: Niet gepubliceerde resultaten. Mayer, U., H. Truckenbrodt, R. Rix: Hydroxychinolin- und Zinkbehandlung der Acrodermatitis enteropathica unter BerUcksichtigung der Elektroretinographie. Klin. Pädiat., 190 (1978) 133 - 139. Miller, J.K., R.G. Cragle: Gastrointestinal sites of absorbtion and endogenous secretion of zinc in dairy cattle. J. Daizy Sci., 48 (1965) 370 - 373. Miller, W.J.: Mineral studies with isotopes in domestic animals. Int. Atomie Energy Agency, Vi en na (1971) 23 - 41. O'Dell, B.L.,: Effect of dietary components upon zinc availability. A review with original data. Am. J. Clin. Nutr., 22 (1969) 1315 - 1322. ' ~lholm-Larsen,
P.: Untreated acrodermatitis enteropathica in adults.
Dermatologica, 156 (1978) 155 - 166. Portnoy, B., M. Molokhia: Withdrawal of zinc therapy in acrodermatitis enteropathica. Brit. J. Dermatol, 94 (1976) 112 - 113. prasad, A.S., D. Oberleas: Thymidine kinase activity and incorporation of thymidine into DNA in zinc-deficient tissue. J. Lab. Clin. Med., 83 (1974) 634 - 639. Richards, M.P., R.J. Cousins: Influence of parenteral zinc and actinomycin D on tissue zinc uptake and the synthesis of a zinc-binding protein. Bioinorg. Chem., 4 (1975) 215 - 224. ' Richards, M.P., R.J. Cousins: Isolation of an intestinal metallothioein induced by parenteral zin. Biochem. Biophys. Res. Comm., 75 (1977) 286 - 294.
83
Rubin, I.L., J.D.L. Hansen, B. Goldberg, D.G.C. Presbury, T.A. Kilroe-Smith: Acrodermatitis enteropathica - a zinc deficiency state. S. Afr. Med. J., 53 (1978) 497 - 499.
Schriker, B.R., R.M. Forbes: Studies on the chemical nature of a low molecular weight zinc binding ligand in rat intestine. Nutr. Rep. Int., 18 (1978) 159 - 166.
Song, M.K., N.F. Adham: Role of prostaglandin E
2
in zinc absorbtion in the
rat. Am. J. Physiol., 234 (1978) E99 - El05. Stake, P.E., W.J. Miller, O.M. Blackmon, R.P. Gentry, M.W. Neathery: Role of pancreas in endogenous zinc excretion in the bovine . J. Nutr., 104 (1974) 1279 - 1284.
Stöber, M.: Parakeratose beim schwarzbunten Niederungskalb. I. Klinisches Bild und Atiologie. Dtsch. Tierärztl. Wochenschr., 78 (1971) 257 - 265. Trautwein, G.: Parakeratose beim schwarzbunten Niederungskalb.
11.
Pathologisch-anatomische Befunde. Dtsch. Tierärz,tl. Wochenschr., 78 (1971) 265 - 270.
Walravens, P.A. K.M. Hambidge, W. Weston, K.H. Neldner: Plasma-zinc in acrodermatitis enteropathica. Lancet (1976) i, 488. Weismann, K., T. Flagstad: Hereditary zinc deficiency (Adema disease) in cattle, an animal parallel to acrodermatitis enteropathica. Acta Dermatovener., 56 (1976) 151 - 154.
84
ZIEKTE VAN MENKES x
KOPERDEFICIENTIE EN KOPERSTAPELING
H.W. Prins
Inleiding In 1928 toonden Hart en medewerkers aan dat koper een essentieel spoorelement is voor de rat (Hart e.a., 1928). Ook voor het schaap, het rund, de muis en de mens bleek koper een essentieel spoorelement (Underwood, 1971). Koperdeficiëntie, als gevolg van een te geringe aanwezigheid in de voeding, kan afwijkingen veroorzaken in de pigmentatie van het haar, in de keratine opbouw in schapenwol, in de vorming van bot, myeline en btndweëfsel, in de bloedaanmaak en de groei (Sann e.a., 1978; Zidar e.a., 1977). Dit artikel beschrijft de symptomen van de ziekte van Menkes (Menkes e.a., 1962) en de korrelatie van deze symptomen met koperdeficiëntie, zoals voor het eerst beschreven door Danks (1972a). Danks stelde dat de koperdeficiëntie het gevolg is van een verminderd kopertransport vanuit de darm naar de bloedcirculatie. Parenterale toediening van koper, als therapie voor de ziekte van Menkes, heeft op langere termijn geen nuttig effekt. Na enige tijd keren de symptomen van koperdeficiëntie, o.a. cerebrale degeneratie, terug. Aan de hand van resultaten uit onderzoek bij Brindled muizen - het proefdier model voor de ziekte van Menkes - wordt hiervoor een verklaring gegeven.
Ziekte van Menkes Menkes beschreef in 1962 vijf patiënten met een geslachtsgebonden recessieve afwijking, die gekenmerkt werd door: "retardation of growth, peculiar hair, and focal cerebral and cerebellar degenerationOl (Menkes e.a., 1962).
x Synonymen voor Menkes' disease in de literatuur zijn: Steely Hair, Kinky Hair, X-cLCM
(=
X-chromosome linked copper malabsorption)
en Trichopoliodystrophy. 85
/
De patiënten overleden tussen de 4 maanden en 3~ jaar na de geboorte. Andere · symptomen van de ziekte van Menkes zijn: skeletafwijkingen en kronkelige slagaders (Wesenberg e.a., 1969), oogafwijkingen (Seelenfreund e.a., 1968) en het ontbreken van cytochroom c oxydase aktiviteit in de mitochondria van de hersenen (French e.a., 1972). In Tabel I zijn de symptomen, hun frequentie van voorkomen en de leeftijd van Menkes patiënten bij ziekenhuisopname samengevat (French, 1977).
Tabel I. Symptomen, frequentie en leeftijd bij ziekenhuisopname van Menkes patiënten. Ontleend aan French, 1977. Symptoom
Frequentie (%)
convulsies
57
groeivertraging
11
leeftijd (maanden) 1 - 5
mentale retardatie
8
- 2
ondertemperatuur
5
- 2
haarafwijkingen
3
diversen (gastroenteritis e.d.)
16
Tijdens de opname in het ziekenhuis worden ook andere symptomen waargenomen. De symptomen openbaren zich in een willekeurige volgorde en worden niet bij alle Menkes patiënten gevonden. Menkes patiënten kunnen met epileptische aanvallen opgenomen worden terwijl pas na enkele maanden de haarafwijkingen ontstaan. In 97% van alle Menkes patiënten worden uiteindelijke haarafwijkingen beschreven (pili torti, monilethrix en trichorrhexis nodosa). Andere afwijkingen, die beschreven worden, zijn: hypochrome anemie, afwijkingen in het schedelskelet en veranderingen aan de metafysen van de lange pijpbeenderen (Danks e.a., 1974; French, 1977). Kronkelige slagaders, veroorzaakt door splijting en fragmentatie van de interne elastine laag, en de kleur- en struktuurveranderingen in het haar van Menkes patiënten zijn kenmerken die bij schapen veroorzaakt worden door koperdeficiëntie ("steely wool"). Danks zag een verband tussen de symptomen van de ziekte van Menkes en de symptomen van schapen met koperdeficiëntie en onderzocht het kopermetabolisme bij zeven Menkes patiënten. 86
De patiënten hadden in het plasma een verlaagde concentratie koper (Menkes: 0.15-0.34
~g
Cu/mi; controle: 0.80-1.50
~g
Cu/mi) en ceruloplasmine (Menkes:
0-7 mg/l00 mi; controle: 18-39 mg/l00 mI). In sommige post mortem weefsels waren de koperconcentraties verlaagd, nl. in lever (Menkes: 10.8 weefsel; controle: 140
~g
~g
Cu/g droog
Cu/g droog weefsel), en hersenen (Menkes: 4.2
Cu/g droog weefsel; controle 23
~g
Cu/g droog weefsel)
~g
(Danks e.a., 1972a;
1972b) • Onderzoek met radioaktief koper (64Cu ) toonde aan, dat intraveneus toegediend 64cu snel uit de bloedbaan verdwijnt. Oraal toegediend 64Cu verschijnt, in vergelijking met controlepersonen, nauwelijks in het bloed. Een gestoorde koperabsorptie door de darm was, volgens Danks, de oorzaak van de koperdeficiëntie in Kinky Hair Syndroom. De frequentie van het syndroom is 1 op de 35.000 geboorten. Omdat de koperconcentratie in duodenum biopten verhoogd is (Menkes: 62 ~g Cu/g droog weefsel; controle: 18
~g
Cu/g droog weefsel), konkludeerden Danks en
medewerkers hieruit dat de oor zaak van de zi ekte van Menke s een gestoord
kopertranspor t vanui t de mucosace Z van de darm naar de bZoedbaan is (Danks e.a., 1973).
De ziekte van Menkes wordt als diagnose gesteld aan de hand van >een kombinatie van symptomen: psychomotore retardatie, epileptische aanvallen en haarafwijkingen. De diagnose wordt bevestigd door de bepaling van koper en ceruloplasmine in plasma en zo mogelijk de bepaling van de absorptie van 64Cu na orale toediening: de orale koperbelastingstest (Van den Hamer e.a., 1975). Veel symptomen van de ziekte van Menkes kunnen biochemisch verklaard worden door een verminderde aktiviteit van koperhoudende enzymen als gevolg van de koperdeficiëntie (Tabel 11).
87
Tabel 11. Mogelijke korrelatie tussen symptomen bij de ziekte van Menkes en koperhoudende enzymen. Symptoom
Enzym
Funktie
convulsies
dopamine-8-hydroxylase
adrenaline + noradrenaline
haar depigmentatie
tyrosinase
melanine vorming
kronkelige bloedvaten
lysineoxydase
elastine en collageen vorming
botafwijkingen
ascorbin'e zuur oxydase
ondertemperatuur
cyt. c oxydase (7)
ademhalingsketen in
mentale retardatie
cyt. c oxydase (?)
idem
groeivertraging
cyt. c oxydase (?)
idem
mitochondria
Bij runderen en ratten worden dezelfde symptomen beschreven bij koperdeficiëntie door een verminderde hoeveelheid koper in de voeding (Underwood, 1971). Toch zijn er een aantal verschillen. Bij runderen en ratten treedt geen koperstapeling in de darm op; Menkes patiënten hebben geen neutropenie. Daarnaast I
is de koperconcentratie in erythrocyten van Menkes patiënten normaal. Voor de vorming van erythrocyten is, ondanks de koperdeficiëntie, blijkbaar voldoende koper beschikbaar (Danks e.a., 1972b).
Therapie van de ziekte van Menkes met koper De oorzaak van de ziekte van Menkes is, volgens Danks, een gestoord kopertransport van de darmmucosa naar het bloed, met als gevolg een koperdeficiëntie in het organisme. De beste therapie leek dan ook het parenteraal toedienen van koper. Koper is intraveneus (Garnica en Fletcher, 1975; Grover en Scrutton, 1975; Lott e.a., '1975; Wehinger e.a., 1975), intramusculair (Daish e.a., 1978; Walker-Smith e.a., 1973) en subcutaan (Dekaban en Steusing, 1974; Williams e.a., 1977) toegediend in de vorm van acetaat, sulfaat, EDTA en melk (Williams e.a., 1979). Het effekt van de koper therapie op verbetering van de symptomen van de ziekte van Menkes is afhankelijk van de hoeveelheid toegediend koper en de leeftijd waarop met therapie begonnen wordt. Enige tijd na het starten van de therapie kunnen een aantal verbeteringen optreden. 88
Haar: pigmentatie van het haar en verdwijnen van strukturele afwijkingen (pili torti, monilethrix en trichorrhexis nodosa). Hersenen: verbetering van de motoriek, geen progressie van de mentale retardatie, verdwijnen van epileptische aanvallen. Lichaamstemperatuur: normaliseren van de lichaamstemperatuur.
Kopermetabolisme: parenterale koper toediening heeft een verschillend effekt op de koperconcentraties in diverse weefsels en lichaamsvloeistoffen (Tabel 111). Als gevolg van koper therapie wordt ceruloplasmine gesynthetiseerd door de lever (Van den Hamer e.a., 1979). Koper therapie heeft echter geen effekt op de bot- en slagaderafwijkingen.
Tabel 111. Koperconcentraties in lichaamsvloeistoffen en weefsels van Menkes patiënten - voor en tijdens koper therapie - en controles van gelijke leeftijd. (Aoki en Nakahashi, 1977; Daish e.a., 1978; Danks e.a., 1974; Dekaban en . Steusing, 1974; Garnica
e~
Fletcher,
197~J .
Garnica e.a., 1977; Grover en
Scrutton, 1975; Van den Hamer e.a., 1979; Horn e.a., 1978; Lott e.a., 1975; Walker-Smith e.a., 1973; Wehinger e.a., 1975; Williams e.a ... 1977; Williams e.a., 1979).
Monster
Menkes patiënten voor therapie
controles
tijdens therapie
plasma (Ilg Cu/ml)
0.1
0.5
ceruloplasmine (mg/l00 ml)
0
7
14
38
urine (Ilg Cu/24 uur)
5
15
33
95
liquor (Ilg Cu/ml)
0.02 -
amnionvocht (Ilg Cu/ml)
0.26
lever (Ilg Cu/g nat weefsel) 2.0
0.8 -
2.0
0.04
3.7
5
0.6
0.8 -
10
0.9
1.1
18
- 39
3
- 28
0.03 -
0.05
0.03 -
0.09
3.4
- 58
hersenen (cerebrale cortex) (]lg Cujg nat weefsel) 0.2
1.4
2.3
2.9
2.0
2.5
nieren (cortex) (Ilg Cu/g nat weefsel) 8
- 100
48
- 150
Zelfs al wordt de koper therapie drie weken na de geboorte gestart (Daish e.a., 1978) dan treedt na enige tijd opnieuw mentale retardatie op. Menkes patiënten overlijden meens tal aan een infektie van luchtwegen of ruggemerg- en hersenvliezen.
89
Het falen van de koper therapie kan niet het gevolg zijn van een te lage koperdosering. Tijdens de therapie zijn de ceruloplasmineconcentratie in het plasma en de koperconcentraties in het plasma en de lever genormaliseerd (Tabel 111). De koperconcentratie in de cerebrale cortex blijft verlaagd. Ondanks de normale koperconcentratie in plasma en lever wordt geen extra koper door de hersenen opgenomen. In foetaal hersenweefsel van Menkes patiënten is de koperconcentratie reeds verlaagd (Tabel IV). Prenataal kan er irreversibele hersenschade zijn opgetreden. Deze schade behoeft niet door een verminderde beschikbaarheid van koper ontstaan te zijn. De koperconcentratie in navelstrengbloed kan zelfs verhoogd zijn bij Menkes patiënten (Menkes: 0.60 en 0.84 ~g Cu/ml; controle: 0.29 ~ 0.03 ~g Cu/ml; Grover e.a., 1979). Deze koper- ' concentraties in navelstrengbloed van controles zijn echter in vergelijking met andere literatuurwaarden laag (Shields e.a., 1961; Bogden e.a., 1978). Een evaluatie van het effekt van koper therapie op de hersenen is niet mogelijk door alleen maar de totale koperconcentratie te meten. Noodzakelijk hiervoor is zowel het onderzoek naar het kopermetabolisme in de hersenen als de bepaling in hersenen van de enzymaktiviteit van koperhoudende enzymen (cyt. c oxydase, dopamine-S-hydroxylase en superoxyde dismutase).
Extra-hepatische koperakkurnulatie De verdeling van koper over foetale weefsels van Menkes patiënten is veranderd (Tabel IV). Tabel IV. Koperconcentraties in weefsels van Menkes en controle foetussen. Koperconcentratie in
~.g
Cu/g nat weefsel.
(Caseyen Robinson, 1978; Van den Hamer e.a., 1979; Heydorn e.a., ' 1975; Nooijen e.a., in voorbereiding). Menkes
Controle
lever
2.8 - 11.8
19
hersenen (cerebrale cortex)
0.17
Weefsel
nier (cortex) pancreas lonq spier en huid placenta 90
5.9; 17.3 15.3 1.84 1. 7 - 2.6 12; 14.5
- 119
0.27
1.7
0.5
1.14
1.27; 1.74 0.3
0.57
0.25
1.7
0.76
-
,
. 0.86
De koperconcentratie is verlaagd in lever en hersenen en verhoogd in nieren, pancreas, longen, spieren, huid en placenta. Opvallend is, dat de totale hoeveelheid koper in Menkes en controle foetussen gelijk is (Heydorn e.a., 1975). Dit houdt in dat door de mutatie niet het kopertransport van moeder naar foetus gestoord is maar dat de verdeling van kope r in de foetus over de verschillende weefsels veranderd is door de mutatie. Niet alleen in vivo (huid) maar ook in vitro (fibroblasten) is de koperconcentratie door de mutatie verhoogd: Menkes: 355.5 ng Cu/mg eiwit; controle: 59.2 ng Cu/mg eiwit (Goka e.a., 1976). Twintig uur na inkubatie van fibro' een me d'1um waaraan 64 CU 1S , toegevoeg d tree d teen s1gn1 " f'k bi asten 1n 1 ant verschil op in de hoeveelheid 64Cu opgenomen door Menkes en controle fibroblasten: Menkes : 74.4 ng 64cu/ mg eiwit; controle: 26.1 ng 64cu/ mg eiwit (Horn, 64 1976). In vruchtwatercellen treedt ook een akkumulatie van Cu op. Hierdoor is prenatale diagnostiek mogelijk.
Binne~
drie maanden na het begin van de
zwangerschap is een 64cu onderzoek met vruchtwatercellen mogelijk. Achteraf kan de diagnose be vestigd worden met de abnormale koperverdeling over de fo etale weefsels (Horn en Heydorn, 1977). Door middel van het 64Cu onderzoek met vruchtwatercelle n kunnen foetale draagsters voor de ziekte van Menkes niet aangetoond worden.
Biochemisch onderzoek met fibroblasten naar de achtergronden van de ziekte van Menkes is nu in vitro mogelijk met de koperakkumulatie als genetische marker. De akkumulatie van 64cu in Menkes fibroblasten wordt veroorzaakt door een verminderde 64cu exkretie (Goka en Horwell, 1978). Intracellulair is de 64Cu verdeling ook veranderd. Het grootste gedeelte van het 64cu wordt in Menkes fibroblasten gebonden in een eiwitfraktie met een molekulair gewicht van 10.000 dalton (Beratis e.a., 1978; Jonker, 1978) . Dit eiwit is waarschijnlijk metallothioneine (Garnica e.a., 1978). Biochemisch onderzoek naar de oorzaak van deze stapeling van koper in metallothioneine is in volle gang (Chan e.a., 1978a; Van den Hamer e.a., 1979; Jonker, 1978).
De hoeveelheid metallothioneine, die uit een fibroblasten kultuur geïsoleerd kan worden, is gering. Een oplossing voor de beperkte mogelijkheden van onderzoek met Menkes fibroblasten bieden -de Brindled mui zen , muizen met een recessieve, geslachtsgebonden mutatie (Brindled), die homoloog is aan de mutatie voor de ziekte van Menkes bij de mens (Hunt, 1974; Danks, 1977; Prins e n Van den Hamer, 1979).
91
Brindled muizen - proefdiermodel voor de ziekte van Menkes In 1953 beschreef Fraser de geslachtsgebonden mutatie Brindled bij muizen. De mutatie wordt gekenmerkt door de afwezigheid van haarpigment en door neurale afwijkingen. De hemizygoot afwijkende mannetjes (Menkes muizen) overlijden na ongeveer 14 dagen (Fraser e.a., 1953). Later zijn ook kronkelige bloedvaten en botafwijkingen gevonden bij Brindled muizen (Rowe e.a., 1974). De Menkes muis en de heterozygote muis hebben een abnormaal kopermetabolisme (Hunt, 1974). De mutatie is homoloog aan de mutatie voor de ziekte van Menkes bij de mens (Danks, 1977; Evans en Reis, 1978; Hunt en Port, 1979; Prins en Van den Hamer, 1979). De koperconcentratie in lever en hersenen is verlaagd en in nier en darm verhoogd (Tabel V).
Tabel V. Koperconcentraties in weefsels van Menkes en normale Brindled muizen. Leeftijd 7-10 dagen. Koperconcentraties in
~
Cu/g nat weefsel.
(Hunt, 1974; Hunt, 1976; Hunt en Port, 1979; Prins en Van den Hamer, 1978). Weefsel
Menkes
lever
8
hersenen
1.2 -
Normaal 10
50
1.4
- 70
2.4 -
2.6
nier
17
25
3
5
darm
70
- 100
13
- 17
De koperconcentraties komen overeen met de waarden gevonden in foetaal en post .mortem weefsel van Menkes patiënten (Tabel
111
en IV).
In de nier wordt koper onder andere gebonden aan het cytoplasmatische eiwit metallothioneine (Hunt en Port, 1979). Metallothioneine is onder andere een detoxificerend eiwit, dat gesynthetiseerd wordt als een organisme aan een toxische hoeveelheid metaal (Hg, Cd, Zn, Cu e.d.) wordt blootgesteld. In Menkes en heterozygote Brindled muizen is de koper en metaZZothioneine con-
centratie in de nier verhoogd (Prins en Van den Hamer, 1979). De verhoogde eiwitconcentratie is het gevolg van een grotere synthesesnelheid van het eiwit (Prins en Van den Hamer, in press).
Op
dit moment wordt de oorzaak van deze
vergrote eiwitsynthese onderzocht. De oorzaak kan een ongeremde translatie van metallothioneine mRNA zijn. 92
Een andere mogelijkheid is een extra induktie van metallothioneine door een toxische intracellulaire koperconcentratie. Deze toxische koperconcentratie ontstaat zeer waarschijnlijk door een geremde reabsorptie van koper in de nier.
De irreversibele binding van koper in metallothioneine bij de ziekte van Menkes is niet uniek. In andere koperstapelingsziekten - de Ziekte van Wilson (MorelI e.a., 1961) en primaire biliaire cirrhose - wordt koper irreversibel aan metallothioneine gebonden. De funktie van het koperstapelend orgaan in het kopermetabolisme bepaalt uiteindelijk de symptomen. Treedt de stapeling op in de darm (ziekte van Menkes), het orgaan dat de koperopname vanuit het voedsel verzorgt, dan is koperdeficiëntie het gevolg. Stapeling in de lever (ziekte van Wilson en primaire biliaire cirrhose), het orgaan dat onder andere voor de exkretie van koper via de gal zorgt, heeft kopervergiftiging tot gevolg. Ondanks de verlaagde koperconcentratie in de lever van de Menkes muis is de enzymaktiviteit van de koperhoudende enzymen cyt. c oxydase en superoxyde dismutase normaal (Hunt, 1977). De hoeveelheid koper die, onder normale omstandigheden, in de lever wordt opgeslagen is kleiner, onder andere door de verminderde koperabsorptie. De hoeveelheid koper is zo gering dat er geen ceruloplasmine gesynthetiseerd wordt. Voor de andere koperhoudende enzymen is deze lage koperconcentratie voldoende. In de hersenen van Menkes muizen is de aktiviteit van de koperhoudende enzymen, cyt. c oxydase en dopamine-S-hydroxylase in vivo, verlaagd. In geval van cyt. c oxydase reeds twee dagen na de geboorte (Rezek en Moore, 1977). Vanaf de zevende dag na de geboorte wordt in de cerebrale cortex neurale degeneratie waargenomen (Yajima en Suzuki, 1979a). De vakuolen in de neuronen blijken, bij elektronen mikroskopisch onderzoek, vergrote mitochondria met tubulaire cristae te zijn. De mitochondriale veranderingen gaan vooraf aan de mentale degeneratie (Yajima en Suzuki, 1979b). Opvallend is bij Menkes muizen het ontbreken van demyelinisatie van de witte massa en degeneratie van de Purkinje cellen, zoals beschreven voor Menkes patiënten (Barnard e.a., 1978, Williams e.a., 1978). De eerste resultaten van koper therapie bij Menkes muizen tonen aan, dat de koperconcentratie in lever, nieren en hersenen toeneemt. In de hersenen werd een toename gevonden met 15% tot een koperconcentratie die 40% beneden de normaalwaarde ligt: Menkes: 1.32 + 0.08
~g
Cu/g weefsel, 93
normaal: 2.22
~
0.06
~g
Cu/g weefsel (Hunt, 1976). De enzymaktiviteit van
cyt. c oxydase en lysine oxydase nemen toe, normaliseren echter niet, en nemen vervolgens weer af (Royce e.a., 1978). In gebieden met neurale degeneratie komen geen kronkelige bloedvaten voor. De primaire hersenschade kan dan ook niet veroorzaakt worden door een ve rminderde doorbloeding van het hersenweefsel (Yajima en Suzuki, 1979b).
Samenvatting De oorzaak van de ziekte van Menkes is een geslachtsgebonden defekt in he t kopermetabolisme. Koper wor dt i rrever sibeZ gebonden in metaZZothioneine in
darm, nier, huid, spier, pancr eas enz . Door deze koperstapeling ontstaat een tekort aan koper in andere organen (hersenen). Koper deficiëntie i s de oorzaak van de symptomen van de ziekte van Menke s. De belangrijkste symptomen zijn: psychomotore retardatie, epileptische aanvallen, haarafwijkingen en e en verlaagde koper- en ceruloplasmineconcentratie in het plasma. De koperconcentratie in lever en hersenen is verlaagd. De enzymaktiviteit van koperhoudende enzymen is in de lever normaal - de lage koperconcentratie is f ysiologisch toereikend - maar is in de hersenen verlaagd. Parenterale koper toediening is geen adequate therapie voor de ziekte van Menkes. De koperconcentratie in plasma en lever normaliseert maar blijft in de hersenen beneden normaal. Na een kortstondige verbetering treedt opnieuw cerebrale degeneratie op. De degeneratie kan het gevolg zijn van een verminderde cyt. c oxydase aktiviteit in de mitochondria van de neuronen. Koper therapie is pas zinvol als het toegediende koper alleen in koper deficiënte enzymen wordt ingebouwd. Ionogeen koper is toxisch voor de cel. Zolang er geen adequate therapie voorhanden is, is een behandeling van Menkes patiënten met parenteraal koper niet zinvol. Na het ontdekken van een Menkes patiënt moet de familie onderzocht worden op mogelijke draagsters voor de ziekte (64cu belastingstest) . Later kunnen dan, in geval van zwangerschap, met behulp van prenatale diagnostiek Menkes foetussen in een vroeg stadium ontdekt worden.
94
Literatuur Aoki, T., E. Nakahashi: New screening method for Wilson's disease and Menkes' Kinky-hair disease. Lancet (1977) ii, 1140. Barnard, R.O., P.V. Best, M. Erdohazi: Neuropathology of Menkes' disease. Develp. Med. Child. Neurol., 20 (1978) 586 - 597. Beratis, N.G., P. Price, G. LaBadie, K. Hirschhorn: 64cu metabolism in Menke, and normal cultured skin fibroblasts. Pediat. Res., 12 (1978) 699 - 702. Bogden, J.D., l.S. Thind, F.W.
K~mp,
H. Caterini: Plasma concentrations of
calcium, chromium, copper, iron, magnesium, and zinc in maternal and cord blood and their relationship to low birth weight. J. Lab. Clin. Med., 92 (1978) 455 - 462.
Casey, C.E., M.F. Robinson: Copper, manganese, zinc, nickel, cadmium and lead in human foetal tissues. Br. J. Nutr., 39 (1978) 639 - 646. Chan, W.Y., A.D. Garnica, O.M. Rennert: Metal-binding studies of metallothioneins in Menkes kinky hair disease. Clin. Chim. Acta, 88 · (1978a) 221 - 228.
Chan, W.Y., A.D. Garnica, O.M. Rennert: Cell culture studies of Menkes kinky hair disease. Clin. Chim. Acta, 88 (1978b) 495 - 507. Chan, W.Y., A.D. Garnica, O.M. Rennert: lnducibility of metallothionein biosynthesis in cultured normal and Menkes kinky hair di se ase fibroblasts: effects of copper and cadmium. Pediat. Res., 13 (1979) 197 - 203. Daish, P., E.M. Wheeler, P.F. Roberts, R.D. Jones: Menkes's syndrome. Report of a patient treated from 21 days of age with parenteral copper. Arch. Dis. Childh., 53 (1978) 956 - 958. Danks, D.M., P.E. Campbell, B.J. Stevens, V. Mayne, E. Cartwright: Menkes's kinky hair syndrome. An inherited defect in copper absorption with widespread effects. Ped., 40 (1972a) 188 - 201.
95
Danks, O.M., B.J. Stevens, P.E. Campbell, J.M. Gillespie, J. Walker-Smith, J. Blomfield, B. Turner: Menkes' kinky-hair syndrome. Lancet (1972b) i, 1100 - 1101. Danks, O.M., E. Cartwright, B.J. Stevens, R.R.W. Townley: Menkes' kinky hair syndrome - more data on copper transport. Gastroenter., 65 (1973) 507 - 508. Danks, O.M., B.J. Stevens, P.E. Campbell, E.C. Cartwright, J.M. Gillespie, R.R.W. Townley, J.A. Walker-Smith, J. Blomfield, B.B. Turner, V. Mayne: Menkes kinky-hair syndrome. An inherited defect in the intestinal absorption of copper with widespread effects. Birth Defects, 10 (1974) 132 - 137. Danks, O.M.: Copper transport and utilisation in Menkes' syndrome and in Möttled mice. Inorg. Perspec. Biol. Med., 1 (1977) 73 - 100. Dekaban, A.S., J.K. Steusing: Menkes' kinky hair disease treated with subcutaneous copper sulphate. Lancet (1974) ii, 1523. Evans, G.W., B.L. Reis: Impaired copper homeostasis in neonatal male and adult female Brindled (MObr ) mice. J. Nutr., 108 (1978) 554 - 560. Fraser, A.S., S. Sobey, C.C. Spicer: Mottled, a sex-modified lethal in the house mouse. J. Genet., 51 (1953) 217 - 221. French, J.H., E.S. Sherard, H. Lubeli, M. Brotz, C.L. Moore: Trichopoliodystrophy. Arch. Neur., 26 (1972) 229 - 244. French, J.H.: X-chromosome-linked copper malabsorption (X-cLCM). In: Handbook of Clin. Neur., 29 (1977) 279 - 304. Garnica, A.D., S.R. Fletcher: Paren ter al copper in Menkes' kinky-hair syndrome. Lancet (1975) ii, 659 - 660. Garnica, A.D., J.L. Frias, O.M. Rennert: Menkes kinky hair syndrome: is it a treatable disorder? Clin. Genet., 11 (1977) 154 - 161. Garnica, A.D., W.Y. Chan, O.M. Rennert: Role of metallothioneins in copper transport in patients with Menkes syndrome. Ann. Clin. Lab. Sci., 8 (1978) 302 - 308. 96
Geka, Th.J., R.E. Stevenson, P.M. Hefferan, R.R. Howell: Menkes disease: a biochemica I abnormality in cultured human fibroblasts. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 73 (1976) 604 - 606.
Goka, Th.J., R.R. Howell: Copper metabolism in Menkes disease. Monogr. Hum. Genet., 10 (1978) 148 - 155. Grover, W.O., M.C. Scrutton: Copper infusion therapy in trichopoliodystrophY. J. Ped., 86 (1975) 216 - 220.
Grover, W.O., W.C. Johnson, R.I. Henkin: Clinical and biochemical aspects of trichopoliodystrophy. Ann. Neurol., 5 (1979) 65 - 71. Hamer, C.J.A. van den, J. Willemse, G. de Haas: Copper-metabolism, particularly in relation to Wilson's and Menkes' diseases. In: Nuclear Medicine. Eds.: K.H. Ephraim, O.H. Yoe. State University Utrecht (1975) 204 - 216. Hamer, C.J.A. van den, H.W. Prins, J.L. Nooijen: Menkes' disease in Mottled mice and man. In: Models for the study of inborn errors of metabolism. Ed.: F.A. Hommes. Elsevier, Amsterdam (1979) 95 - 102. Hart, E.B., H. Steenbock, J. Waddell, C.A. Elvehjem: Iron in nutrition. VII. Copper as a supplement to iron for hemoglobin building in the rat. J. Biol. Chem., 77 (1928) 797 - 812.
Heydorn, K., E. Oamsgaard, N. Horn, M. Mikkelsen, I. Tygstrup, S. Vestermark, J. Weber: Extra-hepatic storage of copper. A male foetus suspected of Menkes' disease. Humangenetik, 29 (1975) 171 - 175.
Horn, N.: Copper incorporation studies on cultured cells for prenatal diagnosis of Menkes' disease. Lancet (1976) i, 1156 - 1158. Horn, N., K. Heydorn: Prena.t al detection of Menkes' disease and copper "distribution in affected foetuses. Excerpta Medica Int. Congo Ser. 426 (1977) 56 - 57. Horn, N., K. Heydorn, E. Oamsgaard, I. Tygstrup, S. Vestermark: Is Menkes syndrome a copper storage disorder? Clin. Genet., 14 (1978) 186 - 187.
97
Hunt, D.M.: Primary defect in copper transport underlies Mottled mutants in the mouse. Nature, 249 (1974) 852 - 853. Hunt, D.M.: A study of copper treatment and tissue copper
leve~s
in the
murine congenital copper deficiency, Mottled. Life Sciences, 19 (1976) 1913 - 1920. Hunt, D.M.: Catecholamine biosynthesis and the activity of a number of copper-dependent enzymes in the copper deficient Mottled mouse mutants. Comp. Biochem. Physiol., 57c (1977) 79 - 83. Hunt, D.M., A.E. Port: Trace element binding in the copper deficient Mottled mutants in the mouse. Life Sciences, 24 (1979) 1453 - 1466. Jonker, P.L.: Het kopermetabolisme van humane fibroblasten in vitro' in verband met de ziekte van Menkes. Afstudeerverslag, Nucleaire Biotechniek, Interuniversitair Reactor Instituut, Delft, (1978). Lott, I.T., R. DiPaolo, D. Schwartz, S. Janowska, J.N. Kanfer: Copper Metabolism in the steely-hair syndrome. N.e w. Eng. J. Med., 292 (1975) 197 - 199. Menkes, J .H., M. Alter, G.K. Steigleder, D.R. Weakl.e y, J .H. Sung: A sexlinked recessive disorder with retardation of growth, peculiar hair, and focal cerebral and cerebellar degeneration. Ped., 29 (1962) 764 - 779. MorelI, A.G., J.R. Shapiro, I.H. Scheinberg: Copper binding protein from human liver. In: Wilson's disease, some current concepts. Eds.: J.M. Walshe, J.N. Cumings. Blackwell, Oxford (1961) 36 - 42. Nooijen, J.L., C.J. de Groot, C.J.A. van den Hamer, L.A.H. Monnens, J. Willemse, M.F. Niermeijer: Trace element studies in three patients and a fetus with Menkes' disease. In voorbereiding. Prins, H.W., C.J.A. van den Hamer: Cu-content of the liver of young mice in relation to a defect in the Cu-metabolism. In: Trace element metabolism in man and animals-3. Ed.: M. Kirchgessner. Arbeitskreis fllr Tierernährungsforschung, Freisingen (1978) 397 - 400.
98
Prins, H.W., C.J.A. van den Hamer: Primary biochemical defect in copper metabolism in mice with a recessive X-linked mutation analogous to Menkes' disease in man. J. Inorg. Biochem., 10 (1979) 19 - 27.
Prins, H.W., C.J.A. van den Hamer: Abnormal copper-thionein synthesis and impaired copper utilization in mutated Brindled mice: model for Menkes' disease. J. Nutr., in press. Rezek, D.L., C.L. Moore: Depletion of cytochrome oxidase in brain mitochondria from the Mottled mouse mutant. Soc. Neuroscience Abst., 3 (1977) 51 e.v.
Royce, P.M., J. Camakaris, J.R. Mann: The effect of copper therapy on lysyl oxidase activity in the Mottled mouse mutants. Proc. Aust. Biochem. Soc., 11 (1978) 31.
Rowe, D.W., E.B. McGoodwin, G.R. Martin, M.D. Sussman, D. Grahn, B. Faris, C. Franzblau: A Sex-linked defect in the cross-linking of collagen and elastin associated with the Mottled locus in mice. J. Exp. Med., 139 (1974) 180 - 192. Sann, L., O.G. Galy, M. Romand-Monier: Copper deficiency and hypocalcemic rickets in a small-for-date infant. Acta Paediatr. Scand., 67 (1978) 303 - 307.
Seelenfreund, M.H., S. Gartner, P.F. Vinger: The ocular ' pathology of Menkes' disease. Arch. Ophthal., 80 (1968) 718 - 720. Shields, G.S., H. 'Markowitz, W.H. Klassen, G.E. Cartwright, M.M. Wintrobe: Studies on copper metabolism. XXXI. Erythrocyte copper. J. Clin. Invest., , 40 (1961) 2007 - 2015.
Underwood, E.J.: Trace elements in human and animal nutrition. 3rd Ed. Academic Press, London (1971) 57 - 115. Walker-Smith, J.A., B. Turner, J. Blomfield, G. Wise: Therapeutic implications of copper deficiency in Menkes's steely-hair syndrome. Arch. Dis. Childh., 48 (1973) 958 - 962. Wehinger, H., I. Witt, I. Lósel, G. Denz-Seibert, C. Sander: Intravenous copper in Menkes' kinky-hair syndrome. Lancet (1975) i, 1143 - 1144. 99
Wesenberg, R.L., J.L. Gwinn, G.R. Barnes: Radiological findings in the kinky-hair syndrome. Radiology, 92 (1969) 500 - 506. Williams, O.M., C.L. Atkin, O.B. Frens, P.F. Bray: Menkes' kinky hair syndrome: studies of copper metabolism and long term copper therapy. Pediat. Res., 11 (1977) 823 - 826. Williams, R.S., P.C. Marshall, I.T. Lott, V.S. Caviness: The cellular pathology of Menkes steely hair syndrome. Neurology, 28 (1978) 575 - 583. Williams, O.M., C.L. Atkin, A.R. Seay, P.F. Bray: Failure of human milk therapy in Menkes' kinky hair disease. Am. J. Dis. Child., 133 (1979) 218 - 219. Yajima, K., K. Suzuki: Neuronal degeneration in the brain of the Brindled mouse - a light microscope study. J. Neuropath. Exp. Neur., 38 (1979a) 35 - 46.
Yajima, K., K. Suzuki: Neuronal degeneration in the brain of the Brindled mouse. Acta Neuropath. (Berl.) , 45 (1979b) 17 - 25. Zidar, B.L., R.K. Schadduck, Z. ZeigIer, A. Winkelstein: Observations on the anemia and neutropenia in human copper deficiency. Am. J. Hemat., 3 (1977) 177 - 185.
100
MANGAAN EN MANGAAN-DEFICIENTIE
A.J.E.M. Fischer en W. Kuijpers
Inleiding Mangaan is een metaal, dat al ten
van het oude Romijnse Rijk bekend was
~ijde
en waarvan de naam afkomstig zou zijn van het griekse woord ]Jctyyctve: 1 ct , dat toverkunst betekent (Cotzias, 1958; 1962). Of deze herleiding juist is of niet, het is in ieder geval een l:>etekenisvolle
~enaming
gezien de verscheidenheid
aan metabole functies, die inmiddels van dit element bekend zijn geworden (Utter, 1976) en het grote aantal verschillende afwijkingen waartoe een Mndeficiënte voeding kan leiden (Cotzias e.-a., 1972; Hurley, 1974; Underwood, 1977; Leach en Lilburn, 1978).
Mangaan, dat in de 18e eeuw door Scheele werd geïsoleerd, is é'é n van de elementen die in grote hoeveelheden in de aardkorst worden aangetroffen (Goldschmidt, 1958; Pier, 1975) en het is bovendien in alle plantaardige en dierlijke weefsels aanwezig (Wenlock en Buss, 1979). In vrije toestand komt mangaan, behalve in meteoorstenen, niet op aarde voor; het zijn dus steeds mangaan-verbindingen die in de natuur gevonden worden. De fundamentele betekenis die dit element voor de normale plantengroei heeft, werd enigszins duidelijk aan het einde van de 1ge eeuw. Bertrand formuleerde in 1897 de theorie dat mangaan dè activa tor van de oxidasen is, waarna geleidelijk aan steeds meer informatie over de betekenis van mangaan voor de plant zou volgen (Richards, 1930; Monier-Williams, 1949). De onmisbaarheid van de stof voor het dierlijk organisme werd pas in 1931 aangetoond. Ondanks de aandacht, die er sinds de formulering van Bertrand aan dit element werd gewijd, duurde het nog vele tientallen jaren alvorens vooral over de functie ,van deze stof meer gegevens bekend werden. In 1926 wees
o~a.
McHargue, naar aanleiding van zijn
experimenten bij ratten, op de mogelijkheid dat het voorkomen van kleine hoeveelheden mangaan in het natuurlijke voedsel niet op louter toeval berustte, maar dat deze een belangrijke biologische functie in het dierlijk organisme vervulden. 101
·
I
Nadat in de twintiger jaren verschillende onderzoekers de invloed van mangaan op de groei van een aantal dieren hadden beschreven en McCarrison (1928) bovendien aantoonde, dat een Mn-deficiênt dieet bij ratten krop veroorzaakte, verschenen er enkele jaren later een aantal publicaties (Kemmerer · e.a., 1931; . Orent en McCollum, 1931; Waddell e.a., 1931) waarin werd aangetoond, dat mangaan voor het dierlijk organisme een essentieel element is. Kemmerer e.a. (1931) toonden aan, dat een dieet uitsluitend uit melk samengesteld, onvoldoende groei en een ovariêle dysfunctie bij muizen teweegbracht, terwijl beide stoornissen ongedaan konden worden gemaakt door suppletie van mangaan. Waddell e.a. (1931) toonden dezelfde verschijnselen bij ratten aan. In hetzelfde jaar berichtten Orent en McCollum dat de nakomelingen van ratten die met een Mn-deficiênt dieet gevoed waren tijdens de zwangerschap een zgn.
debiZity vertoonden en niet in leven bleven. Indertijd verklaarde men het sterven van deze dieren uit het tekortschieten van de moeders in het verzorgen van de jongen. Persberichten maakten dan ook met veel ophef melding van de ontdekking van de "mother love-factor" (Hurley, 1967). Daniels en Everson (1935) toonden echter aan dat het hoge sterftecijfer te wijten was aan een bij de jongen zelf aanwezige "debility", omdat Mn-deficiêntie moeders wel in staat waren om de nakomelingen van een controlegroep groot te brengen, terwijl hun eigen nageslacht stierf. In 1943 wezen Shils en McCollum er op, dat de nakomelingen van Mn-deficiënte moeders een · ataxie vertoonden, die zich kenmerkte door: incoördinatie, gestoorde evenwichtszin en retractie van de kop. Enige jaren eerder, in 1939, was ataxie voor het eerst beschreven bij de nakomelingen van Mn-deficiênte kippen door Norris en Caskey. Deze onderzoekers vonden bovendien dat deze ataxie niet kon worden genezen door mangaan toe te dienen na de geboorte (Caskey en Norris, 1940; Caskey e.a., 1944). Naderhand is ataxie bij het nageslacht van nog andere dieren, die met een Mn-deficiênt' dieet gevoed werden, beschreven, zoals varkens (Plumlee e.a., 1956) cavia's (Everson e.a., 1959) en muizen (Erway e.a., 1966; 1970). Het is het meest opvallende effect van Mn-deficiëntie gedurende de prenatale ontwikkeling.
102
Afwijkingen van het steunweefsel Wilgus e.a. (1936) toonden aan, dat mangaan van essentiële betekenis is voor de normale botontwikkeling. Zij demonstreerden dat als gevolg van Mn-deficiëntie een met botdeformatie gepaard gaande ziekte bij kippen ontstond. De ziekte waar het hier om gaat wordt "perosis" genoemd en wordt gekenmerkt door: verkorting en verdikking van de botten, "slipping" van de epiphysairschijf en "slipping" van de Achillespees (Cotzias, 1962). Nadien zijn de gevolgen van Mn-deficiënte voeding op het skelet zeer uitvoerig bestudeerd. Op grond van bovengenoemde waarnemingen werd aanvankelijk vermoed dat Mn een rol zou spelen in het calcificatieproces, maar vrij spoedig bleek deze veronderstelling niet houdbaar (Caskey e.a., 1939; Parker e.a., 1955). Geleidelijk aan werd duidelijk dat mangaan geen rol speelt in de osteogenesis maar in de chondrogenesis (Wolbach en Hegsted, 1953; Leach en Muenster, 1962; Asling en Hurley, 1963; Tsai en Everson, 1967; Leach, 19·6 8). Ook betrekkelijk recent verricht onderzoek naar het calcium-metabolisme bij Mn-deficiënte ratten toonde nog eens aan dat het Ca-metabolisme op zich niet gestoord is (Hurley e.a., 1969). Uit onderzoekingen van Leach (1960) bleek, dat Mn-deficiëntie het mucopolysaccharide-gehalte van het epiphysaire kraakbeen van kippen veranderde. Dit werd bevestigd door in vitro studies met foetaal kraakbeen van de rat (Hurley e.a., 1968), waarbij een vertraagde en verminderde opname van radioactief sulfaat (35S ) in de epiphysairschijf van de tibia van Mn-deficiënte foeten werd aangetoond. Leach en Muenster (1962) en Tsai en Everson (1967) lieten zien, dat de synthese van zure mucopolysacchariden in het skeletkraakbeen _ . in vivo - onder invloed van een Mn-deficiënte voeding verminderd was. In het bijzonder werd een reductie van het hexosamine- en het hexuronzuurgehalte aangetoond. De reductie in het hexosaminegehalte treedt primair op in de galactosaminefractie, wat wijst op een afname van de mucopolysacchariden, die dit hexosamine bevatten. Onderzoekingen bij andere diersoorten, waaronder kippen en cavia's leverden een bevestiging van deze conclusie op.
Gelet op het belang van het mucopolysaccharide-eiwitcomplex ten aanzien van het in stand houden van de fysische eigenschappen van steunweefsels, lijken deze bevindingen een aannemelijke verklaring voor de skeletdeformiteiten, die bij Mn-deficiëntie optreden (Leach, 1967). Deze veranderingen zijn specifiek voor Mn-deficiëntie (en zijn niet waargenomen bij andere perosis-achtige botafwijkingen) • 103
Inmiddels is gebleken dat de meeste glycosy-transferases, die een rol spelen in de mucopolysaccharide-synthese, mangaan vereisen als co-factor voor een optimale activiteit (Leach, 1976). Glycosyl-transferases zijn enzymen, die van belang zijn in de biosynthese van glycoproteinen en polysacchariden. Het is zeer waarschijnlijk dat de rol van Mn in het mucopolysacchararide-metabolisme tot uiting komt via het effect van dit metaal op glycosyl-transferases. Een gestoorde mucopolysaccharide-synthese wordt daarom verantwoordelijk gesteld voor o.a. de skeletafwijkingen evenals voor de congenitale ataxie (Leach en Lilburn, 1978).
Ataxie Wat de ataxie betrof bij Mn-deficiënte ratten, bewezen Hurley e.a. (1958) en Hurley en Everson (1959) dat deze afwijking congenitaal was en gepaard ging met een abnormale ontwikkeling van de zgn. body-righting reflexen. Deze zijn het duidelijkst waarneembaar in het water. Wat de ataxie betreft is zwemmen dan ook dè test bij uitstek. Zij toonden verder aan dat de ataxie voorkomen kon worden door Mn-suppletie in de eerste helft van de dracht van de rat (Hurley en Everson, 1963), m.a.w. dat het optreden van ataxie een tijdspecifiek prenataal effect is. Het kritische tijdstip bleek de 14e dag van de zwangerschap te zijn. Mangaan-suppletie aan het drachtige Mn-deficiënte vrouwtje op of v66r deze dag bleek ataxie bij de nakomelingen te kunnen voorkomen. Suppletie van mangaan aan Mn-deficiënte ratten na de 14e dag van de dracht leverde een F1 op die zich niet onderscheidde van de jongen, geboren uit een rat, die de gehele dracht Mn-deficiënte voeding had gekregen. Hun bevindingen wijzen erop, dat Mn-deficiëntie in de zwangere rat leidt tot een irreversibel congenitaal defect, dat na de 14e dag wordt vastgelegd en resulteert in ataxie. Histologisch onderzoek van hersenen, ruggemerg, perifere zenuwen en skeletspieren van de achterpoten van een aantal atactische dieren brachten geen waarneembare afwijkingen aan het licht. Mn-deficiëntie heeft geen invloed op het aantal jongen per worp, wèl echter op de overleving, hetgeen al door Daniels en Everson (1935) was waargenomen. Follis (1958) vermeldde, dat het bij ratten de F2 is waarin verscheidene dieren ataxie vertonen en dat in elke volgende generatie de verschijnselen eerder zichtbaar zijn. 104
,
Dit stemt overeen met de resultaten van een vergelijkbaar onderzoek in onze eigen kliniek (Fischer e.a., in voorbereiding). Hierbij bleek dat slechts een deel van de ratten van één en dezelfde worp een meetbare vestibulaire dysfunctie hadden of een vestibulaire areflexie vertoonden gepaard gaand met een ataxie. Bij de rest was geen ataxie aanwezig en onderzoek van het evenwichtsorgaan in het binnenoor met behulp van electronystagmografie leverde een normale reactie op. De atactische ratten bleken in het water volledig gedesoriënteerd. Cirkelende bewegingen en spiraaldraaien om de lengte-as, vrijwel steeds ver onder de waterspiegel, behoorde tot de meest door ons waargenomen bewegingen. Ook hebben we kunnen vaststellen, dat de afwijkingen, waaronder de ataxie, in opeenvolgende generaties toenemen. Hurley e.a. (1958) waren van mening, dat bij verder fokken met Mn-deficiënte moeders het percentage atactische dieren ook in de opeenvolgende worpen van een en dezelfde moeder groter werd.
Het perifeer-vestibulair apparaat Naar aanleiding van het congenitale karakter van de ataxie, de abnormale ontwikkeling van de zgn. righting reflexen en de afwezigheid van waarneembare afwijkingen in zenuw- en spierweefsel, werd de aandacht gevestigd op de ontwikkeling van het perifeer-vestibulair apparaat, kortweg "evenwichtsorgaan" genoemd, dat tezamen met de cochlea het binnenoor vormt. Onderzoek naar de ossificatie bracht aan het licht, dat deze in het bot, dat het evenwichtsorgaan omgeeft, sterk vertraagd was (Hurley e.a., 1960a; 1960b). Verder onderzoek aan het evenwichtsorgaan heeft er toe geleid te veronderstellen dat een abnormale ontwikkeling van het binnenoor voor deze atactische verschijnselen verantwoordelijk is (Hurley en Everson, 1959; Asling e.a., 1960; Erwaye.a., 1970; Hurley, 1976a).
Bepaalde uitingen van de ataxie, zoals de soms ook waar te nemen tremor, kunnen evenwel niet aan vestibulair functieverlies worden toegeschreven. Op grond hiervan werden electroshock-experimenten uitgevoerd, waarbij bleek dat bij
Mn~deficiënte
dieren de prikkeldrempel verlaagd en de reactie op stimuli
verhoogd was (Hurley e.a., 1961). Later werd d~idelijk dat deze bevindingen voor rekening kwamen van een afgenomen hoeveelheid vrij circulerend mangaan ,tn het lichaam en niet aan een irreversibel congenitaal defect, zoals de ataxie, konden worden toegeschreven (Hurley e.a., 1963).
105
De congenitale binnenoorafwijkingen, waaronder ook abnormaal gevormde booggangen, abnormale verhoudingen van de ampullae en degeneratie van het zintuigepitheel van het evenwichtsorgaan (Shrader en Everson, 1967; Asling en Hurley, 1963), werden evenals de skeletanomaliën toegeschreven aan een ·defect in de mucopolysaccharidesynthese. Een deel van de eigenlijke prikkel-percipiërende structuur, de otolithenorganen, bestaat uit een groot aantal calciumcarbonaatkristallen (de ot.oconiën) die ingebed zijn in een uit mucopolysacchariden bestaande matrix, waarin de ciliën van de zintuigcellen uitsteken. Voor het ontstaan van de otoconiën zou eerst de matrix gevormd moeten zijn voordat hierin de calciumzouten kunnen worden afgezet (Lyon, 1955; DeVincentiis en Marmo, 1968; Veenhof, 1969; James e.a., 1969; Erway e.a., 1970). Op deze wijze zou Mn-deficièntie, doordat het interfereert met de synthese van mucopolysacchariden, o.a . otolietendefecten en daarmee ataxie kunnen induceren (Hurley, 1976b). Het mechanisme van de abnormale otolietenontwikkeling en daarmee het optreden van ataxie werd betrekkelijk recent onderzocht door drachtige muizen in te spuiten met radioactief sulfaat en de incorporatie van dit· isotoop in de otolietenorganen en het kraakbeen, waarin het evenwichtsorgaan ligt ingebed, te onderzoeken (Shrader e.a., 1973). Het bleek, dat Mn-deficiënte dieren een aanmerkelijk gereduceerde 35s-incorporatie in de otolietenorganen en in het kraakbeen vertoonden vergeleken met de normale dieren. Dit wijst zeer waarschijnlijk op een verminderde synthese van mucopolysacchariden. Ook in onze eigen experimenten hebben we, nadat een betrouwbare methode ontwikkeld was om met behulp van electronystagmografie het perifeer-vestibulair apparaat van de rat te onderzoeken (Fischer e.a., 1979), een gestoorde evenwichtszin kunnen vastleggen bij de nakomelingen van ratten, die Mn-deficiënte voeding tijdens de dracht hadden gekregen. Opmerkelijk in dit verband is de ataxie, die bij zgn. pallid -muizen wordt gezien. Bij deze dieren had Lyon (1951) reeds een hereditaire afwezigheid van de otolieten vastgesteld. Deze mutant dankt zijn naam aan het gen "pallid" (pa) (Lyon, 1953) dat bij deze muizen ook de pigmentatie verandert (pale color). Men heeft aangetoond, dat de ataxie bij de nakomelingen van homozygote pal lid-muizen voorkomen kon worden door de dieren tijdens de draagperiode een dieet met een zeer hoge mangaan-concentratie (2000 ppm) te geven (Erway e.a., 1966; 1971) hetgeen duidt op een interactie tussen het pallid-gen en mangaan. Het mechanisme hiervan is onduidelijk.
106
I
Er is wel verondersteld dat oculair albinisme b i j de me ns analoog zou z ijn aan "pallid" bij de muis. Informatie over de oto lie t en en over e en eventue l e samenhang van deze erfelij ke afwijking met mangaan i s in de literatuur nie t of nauwelijks voorhanden (Hurley, 1969). Bij konijnen met ocula ir albinisme is wel aangetoond dat in het binnenoor het pigment ontbreekt . Bovendien werden b ij deze dieren otolietendef e cte n waargenomen (Erway, 1968). Een soortgelijke bevinding als bi j pallid-muize n we rd ge daan bij de "pastel mink" , waarbij een aangeboren po s turaal defect , " s c rew neck " , voorkome n kon worden door suppletie van 1000 ppm mangaan tijdens de draag tijd (Erway en Mi t che ll , 1973). Afgezien van de hier genoemde gene tische interactie met het mangaan-metabolisme, is bij muize n gebleken, dat er naas t verschillen per stam ook verschillen bestaan tussen de individuen van één worp als het gaat om de effecten bij zeer lage Mn-spiegels in de voedinç (Hurley en Bell, 1974; Hu rley, 1976c). Een en ander komt overeen . met de waarnemingen die bij kippen gedaan zijn teneinde perosis te voorkomen (Gallup en Norris , 1939 ).
De res pons op mangaan-deficiëntie in de voeding lijkt dus ook genetisch bepaald.
Homeostasis Ten aanz i e n van de absorptie van mangaan bestaat nog weinig duidelijkheid. Er wordt we l verondersteld dat de absorptie over de ge hele lengte van de dunne darm ongeveer gelijk zou zijn (Thomson e.a., 1971). De benodi gde hoeveelheid mangaan kan worden beinvloed door stoffen in de voeding die interferere n met de beschi kbaarheid van mangaan in de tractus digestivus i n het bijzonder of me t het mangaan-metabolisme in het algemeen. Vele de cennia geleden wa s het al bekend dat suppletie van een overmaat mineralen (Ca en P) perosis verergerde of zelfs kon induceren. De chemische verklaring voor dit effect van calcium en f o s f or werd door Schaible en Bandemer (1942) gegeven . De behoefte aan mangaan neemt (bij pluimvee) toe naarmate het voe der meer Ca e n P bevat. In een public atie ove r mangaan-defic i ë ntie bij rundvee merke n ook Grashui s e .a. ( 1954) op, da t hoge Ca- en P-gehalten van he t grasbestand e en grot e behoef te aan Mn bi j pinke n doen ontstaan.
107
Perla en Sandberg (1939) toonden aan, dat er verband bestaat tussen mangaan en vit. Bi (Thiamine), dat in de vorm van thiaminepyrofosfaat (TPP) het coenzym is van carboxylase, een belangrijk enzym in de intermediaire koolhydratenstofwisseling. Zij lieten bij ratten zien, dat een overmaat· vit. B1 leidt tot verschijnselen van Mn-deficiëntie. Zij concludeerden dan ook, dat toediening van grote hoeveelheden vit. Bi uit therapeutisch oogpunt tevens de beschikbaarheid van voldoende mangaan vereist. Uitvoerig onderzoek is ook verricht naar een mogelijke samenhang tussen ijzer en mangaan. Nadat Wilgus en Patton (1939) hadden vastgesteld dat toevoeging van Fe-citraat aan het dieet de ernst van perosis deed toenemen, toonden Forth en Rummel in 1973 aan dat er een wederzijdse inhibitie bestaat wat de absorptie van ijzer en mangaan betreft. Ook andere stoffen blijken met de mangaan-absorptie te kunnen interfereren. Davis e.a. (1962) toonden dit aan voor soja-eiwit.
Wat betreft de homeostase, lijkt deze niet door de absorptie, maar veeleer door de excretie van Mn bepaald te worden met de lever als belangrijkste orgaan. Een aanzienlijk deel van het mangaan wordt dan ook met de gal uitgescheiden (Burch, 1975). De mangaan-'pathway' in het lichaam is zeer waarschijnlijk nogal specifiek (Cotzias en Greenough, 1958). Het is gebleken, dat alleen mangaan het verdwijnen van radioactief Mn uit het lichaam kan versnellen. Tot nu toe zijn er geen aanwijzingen, dat toediening van andere elementen de excretie kan doen toenemen (Cotzias, 1961; Leach, 1976). Uit het voorgaande is duidelijk naar voren gekomen, dat het Mn-metabolisme belnvloed wordt door genetische factoren, hoewel ook bepaalde aminen hiertoe in staat zijn (Cotzias e.a., 1971). Een bekend voorbeeld is L-dopa (dihydroxyphenylalanine). Tussen deze stoffen en het Mn-metabolisme zou cyclisch-AMP de verbindende schakel zijn (Papavasiliou e.a., 1968). In dit verband is het interessant op te merken, dat er een treffende overeenkomst bestaat tussen de symptomen van . de ziekte van Parkinson, een aandoening met onbekende aetiologie', die met stoornissen van het extra-pyramidale systeem gepaard gaat en de symptomen van een chronische mangaan-intoxicatie. Hieruit voortvloeiend onderzoek heeft geleerd, dat toediening van L-dopa aan patiënten met een chronische mangaan-intoxicatie leidde tot het verdwijnen van de hiermee gepaard gaande rigiditeit en hypokinesie. Er trad eveneens een verbetering op van de posturale reflexen en het evenwicht herstelde zich.
108
Mangaan-deficiëntie bij de mens Voorzover bekend werd tot op heden alleen door Doisy (1973) een geval van Mn-deficiëntie bij de mens beschreven met als voornaamste kenmerk het optreden van een hypocholestetolaemie. De symptomen waren gewichtsverlies, dermatitis, misselijkheid, braken, veranderingen in de haarkleur en langzame haargroei. De mangaan-deficiëntie trad op nadat aan een vrijwilliger een vit. K-deficiënt dieet was gegeven zonder toevoeging van Mn-zouten.
In 1956 beschreef Comens een ziekte, die voorkomt bij hypertensiepatiënten, die met hydralazine (Apresoline) behandeld worden. Hij beschouwde deze "hydralazine-disease" als in wezen een mangaan-deficiëntie. Hydralazine is een volledig synthetisch produkt, dat wel als antihypertensivum wordt toegepast. De stof, waarvan het werkingsmechanisme overigens niet geheel bekend is, behoort - evenals verschillende andere
f~rmacà,
waaronder tetracyclinen - tot
~.
de zgn. chelerende agentia en bindt mangaan. De "hydralazine-disease i ' vertoont soms een op lupus erythematosus disseminatus (L.E.D.) gelijkend beeld. Zij zou naar de mening van Comens door mangaan-suppletie kunnen worden tegengegaan. Steun voor deze opvatting is echter in de literatuur niet of nauwelijks te vinden.
Ook is er wel verband gesuggereerd tussen gestoord mangaan-metabolisme c.q. Mn-tekort en rheumatoide arthritis (Pier, 1975), evenals L.E.D. een bindweefselziekte. Erway (1975) brengt de ontwikkeling van het perifeer-vestibulair apparaat, en in het bijzonder die van de otolietenorganen, mèt de rol die spoorelementen zoals mangaan hierbij spelen in verband met het optreden van schizofrenie. De met het ras variërende Mn-behoefte, die Gallup en Norris (1939) bij kippen aantoonden, vormt een aspect dat - naar men aanneemt - eveneens voor de Mnbehoefte van de mens betekenis zou kunnen hebben. Ten aanzien van dit punt is er weinig bekend. Mogelijk dat het hierdoor - maar ook door de relatieve overmaat van mangaan in zeer veel voedingsstoffen - nog een open vraag is wat voor de mens de optimaal benodigde hoeveelheid mangaan per dag is. Geschat wordt dat deze varieert van 2 tot 7 ·mg/dag (Mertz, 1972). Schroeder e.a. (1966) vragen zich terecht af waarom onder bepaalde omstandigheden bij de mens geen Mn-deficiëntie zou kunnen optreden. Zwangere vrouwen met een Ca-rijk dieet, dat verder relatief Mn-arm is (verschillende vis109
en vleesprodukten, zuivelprodukten) zouden naar hun oordeel door de behoeften van de groeiende foetus even goed aan de gevolgen van Mn-deficiëntie kunnen lijden als dat bijvoorbeeld kan gelden voor ijzer en chroom. De weefsels van pasgeborenen hebben immers een hoge concentratie van deze metalen. Ook opgroeiende kinderen met een, wat mangaan betreft, subnormaal dieet zouden bij het drinken van veel melk deficiëntieverschijnselen kunnen gaan vertonen, evenals dit het geval kan zijn bij metalen zoals koper en ijzer.
Samenvatting
Mangaan, één van de essentiële elementen voor het leven op aarde, kan, indien het in onvoldoende mate in het dieet aanwezig is, tot een veelheid van afwijkingen leiden. Hoewel bij de mens tot op heden slechts één geval van manifeste Mn-deficiëntie beschreven werd, is bij dieren en in het bijzonder bij de rat een verscheidenheid aan verschijnselen bekend geworden. Naast een gestoorde groei van het skelet en vooral van de lange pijpbeenderen, is het optreden van ataxie wel de meest opvallende afwijking. Een stoornis in de (ontwikkeling van de) otolietenorganen, perceptieorganen voor lineaire versnellingen en dus ook voor de zwaartekracht, blijkt hieraan ten grondslag te liggen. Wordt ook de propriocepsis uitgeschakeld door het dier in het water te plaatsen, dan is een volledige desoriëntatie en verdrinking - indien men niet zou ingrijpen het gevolg. Het is opmerkelijk, dat de mate waarin de afwijkingen optreden onvoorspelbaar is en bovendien sterk wisselt, 66k bij dieren van één en dezelfde worp. Voor wat de ataxie betreft, kan zelfs het evenwichtsorgaan in het ene binnenoor een volledige areflexie vertonen, terwijl het andere geheel normaal reageert. De toekomst zal moeten leren of naast hetgeen over de steunweefsels en de homeostasis werd gezegd, een en ander ook implicaties heeft voor de mens en zo ja, welke.
Literatuur Asling, C.W., L.S. Hurley: The influence of trace elements on the skeleton. Clin. Orthopaed., 27 (1963) 213 - 262. Asling, C.W., L.S. Hurley, E. Wooten: Abnormal development of the otic labyrinth in young rats following maternal dietary manganese deficiency. Anat. Rec., 136 (1960) 157.
110
Bertrand, M.G.: Sur Ie pouvoir oxydant des seIs manganeux et sur la constitu-tion chimique de la lacasse. Bull. Soc. Chim., 17 (1897) 753 - 756.
Burch, R. E., H.K.J. Hahn, J.F. Sullivan: Newer aspects of the roles of zinc, manganese and copper in human nutrition. Clin. Chem., 21 (1975) 507 - 520. Caskey, C.D., W.D. Gallup, L.C. Norris: The need for manganese in the bone development of the chick. J. Nutr., 17 (1939) 407 - 417.
Caskey, C.D., L.C. Norris: Micromelia in adult fowl caused by manganesedeficiency during embryonic development. Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 44 (1940) 332 - 335.
Caskey, C.D., L.C. Norris, G.F. Heuser: A chronic congenital ataxia in chicks due to manganese-deficiency in the maternal diet. Poultry Sci., 23 (1944) 516 - 520.
Comens, P.: Manganese depletion as an etiological factor in hydralazinedisease. Am. J. Med., 20 (1956) 944.
Cotzias, G.C.: Manganese in health and disease. Physiol. Rev., 38 (1958) 503 - 532. Cotzias, G.C.: Manganese versus magnesium: why are they so similar in vitro and so different in vivo? Fed. Proc., 20 (1961) 98 - 103.
Cotzias, G.C.: Manganese. In: Mineral Metabolism, An Advanced Treatise. Vol. lIB. Eds : C.L. Comar and F. Bronner. Academic Press, New York (1962) 403 - 442.
Cotzias, G.C., J.J. Greenough: The high specificity of the manganese pathway through the body. J. Clin. Invest., 37 (1958) 1298 - 1305. Cotzias, G.C., P.S. Papavasiliou, J. Ginos, A. Steck, S. Düby: Metabolic modification of parkinson's disease - and of chronic manganese poisoning. Ann. Rev. Med., 22 (1971) 305 - 326.
111
Cotzias, G.C., L.C. Tang, S.T. Milier, D. Sladic-Sirnic, L.S. Hurley: A rnutation influencing the transportation of rnanganese, L-dopa and L-tryptophan. Science, 176 (1972) 410 - 412.
Daniels, A.L., G.J. Everson: The relation of rnanganese to congenital debility. J. Nutr., 9 (1935) 191 - 203. Davis, P.N., L.C. Norris, F.H. Kratzer: Interference of soybean meal with the utilization of trace minerais. J. Nutr., 77 (1962) 217 - 223.
Doisy, E.A.: Micronutrient control on biosynthesis of clotting proteins and cholesterol. In: Trace Substances in Environmental Health. Vol. VI. Ed.: D.D. Hernphill. University of Missouri Press, Colurnbia, Missouri (1973) 193 - 199.
Erway, L.C.: Dissertation, University of California (1968). Geciteerd door Hurley (1969). Erway, L.C.: Otolith formation and trace elernents: A theory of schizofrenic behavior. J. Orthomol. Psych., 4 (1975) 16 - 26.
Erway, L.C., A.S. Fraser, L.S. Hurley: Prevention of congenital otolith defect in pallid mutant mice by rnanganese supplementation. Genetics, 67 (1971) 97 - 108.
Erway, L.C., L.S. Hurley, A.S. Fraser: Neurological defect: Manganese in phenocopy and prevention of a genetic abnorrnality of inner ear. Science, 152 (1966) 1766 - 1768.
Erway, L.C., L.S. Hurley, A.S. Fraser: Congenital ataxia and otolith defects due to rnanganese deficiency in mice. J. Nutr., 100 (1970) 643 - 654.
Erway, L.C., S . E. Mitchell: Prevention of otolith defect in pastel Mink by rnanganese supplementation. J. Heredity, 64 (1973) 111 - 119.
Everson, G.J., L.S. Hurley, J.F. Geiger: Manganese deficiency in the Guinea pig. J. Nutr., 68 (1959) 49 - 57.
112
Fischer, A.J.E.M., P.L.M. Huygen, W. Kuijpers: Electronystagmography in the laboratory rat. Acta Otolaryngol.
(Stockh.),
(1979) In druk.
Fischer, A.J.E.M., W. Kuijpers, P.L.M. Huygen: In voorbereiding.
Follis, R.H.: Manganese. In: Deficiency Disease. Charles C. Thomas, Springfield, Illinois (1958) 67 - 69.
Forth, W., W. Rummel: Iron absorption. Physiol. Rev., 53 (1973) 724 - 792.
Gallup, W.D., L.C. Norris: The amount of manganese required to prevent perosis in the chick. Poultry Sci., 18 (1939) 76 - 82.
Goldschmidt, V.M.: Geochemistry. Ed.: A. Muir. Oxford University Press, London (1958).
Grashuis, J., J.J. Lehr, L.L.E. Beuvery, A. Beuvery-Asman: Mangaandeficiëntie bij rundvee. Mededeling uit het "Instituut voor Moderne Veevoeding" - De Schothorst - te Hoogland (1954) 1 - 16.
Hurley, L.S.: Studies on nutritional factors in mammalian development. J. Nutr., 91
(1967) Suppl. 1, 27 - 38.
Hurley, L.S.: Nutrients and genes: interactions in development. Nutr. Rev., 27 (1969) 3 - 6.
Hurley, L.S.: Aspects of mineral metabolism in the perinatal period. Manganese. In: Perjnatal Pharmacology: Problems and Priorities. Eds: J. Dancis and J.C. Hwang. Raven Press, New York (1974) 149 - 158.
Hurley, L.S.: Trace elements and Teratogenesis: Manganese. In: Trace Elements. Eds: P.E. Burch and J.F. Sullivan. Medical Clinics of N. Aller., 60 (1976a)
771 - 778.
Hurley, L.S.: Perinatal effects of trace element deficiencies. Manganese. In: Trace elements in human health and disease. Vol. 11. Eds: A.S. Prasad and D. Oberleas. Academic Press, New York (1976b) 303 - 306.
113
Hurley, L.S.: Interaction of genes and metals in development. Pedo Proc., 35 (1976c) 2271 - 2275.
Hurley, L.S., L.T. Bell: Genetic influence on response to dietary manganese deficiency in mice. J. Nutr., 104 (1974) 133 - 137. Hurley, L.S., G.J. Everson: Delayed development of righting reflexes in offspring of manganese-deficient rats. Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 102 (1959) 360 - 362. Hurley, L.S., G.J. Everson: Influence of timing of short term supplementation during gestation on congenital abnormalities of manganese-deficient rats. J. Nutr., 79 (1963) 23 - 27. Hurley, L.S., G.J. Everson, J.F. Geiger: Manganese deficiency in rats. Congenital nature of ataxia. J. Nutr., 66 (1958) 309 - 319.
Hurley, L.S., J. Gowan, G. Milhaud: Calcium-metabolism in manganese-deficient and zinc-deficient rats. Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 130 (1969) 856 - 860. Hurley, L.S., J. Gowan, R. Shrader: Genetic-nutritional interaction in relation to manganese and calcification. In: Les tissues calcifiés. VO symposium européen. Societé d'enseignement superieur. Paris (1968) 101 - 104.
Hurley, L.S., D.E. Woolley, F. Rosenthal, P.S. Timiras: Influence of manganese on susceptibility of rats to convulsions. Am. J. Physiol., 204 (1963) 493 - 496.
Hurley, L.S., D.E. Woolley, P.S. Timiras: Threshold and pattern of electroshock seizures in ataxic manganese-deficient rats. Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 106 (1961) 343 - 346. Hurley, L.S., E. Wooten, G.J. Everson, C.W. Asling: Anomalous development of the inner ear in offspring of manganese-deficient rats. Fed. Proc., 19 (1960a) 327. Hurley, L.S., E. Wooten, G.J. Everson, C.W. Asling: Anomalous development of ossification in the inner ear of offspring of manganese-deficient rats. J. Nutr., 71 (1960b) 15 - 19. 114
James, J., J.P.M. Schel lens , V.B. Veenhof: Electron microscopy of format ion of statoconia. Experentia, 25 (1969) 1173 - 1174.
Kemmerer, A.R., C.A. Elvehjem, E.B. Hart: Studies on the relation of manganese to the nutrition of the mouse. J. Biol. Chem., 92 (1931) 623 - 630. Leach, R.M.: Thesis, Ithaca, N.Y. Cornell University (1960). Geciteerd door Leach (1967).
Leach, R.M.: Role of manganese in the synthesis of mucopolysaccharides. Fed. Proc., 26 (1967) 118 - 120. Leach, R.M.: Effect of manganese upon the epiphyseal growth plate in the young chick. Poultry Sci., 47 (1968) 828 - 830.
Leach, R.M.: Metabolism and Function of Manganese. In: Trace elements in human health and disease. Vol. 11. Eds: A.S. Prasad and D. Oberleas. Academic Press, New York (1976) 235 - 247. Leach, R.M., M.S. Lilburn: Manganese Metabolism and lts Function. Wld. Rev. Nutr. Diet., 32 (1978) 123 - 134.
Leach, R.M., A.M. Muenster: Studies upon the role of manganese in bone formation. J. Nutr., 78 (1962) 51 - 56.
Leach, R.M., A.M. Muenster, E.M. Wien: Studies on the role of manganese in bone formation. Arch. Biochem. Biophys., 133 (1969) 22 - 28.
Lyon, M.F.: Hereditary absence of otoliths in the house mouse. J. Physiol., 114 (1951) 440 - 448. Lyon, M. F.: Absence of otoli ths in the mouse: an effect of the pallid J. Genet., 51
mutant~
(1953) 638 - 650.
Lyon, M.F.: The developmental origin of hereditary absence of otoliths in mice. J. Embryol. expo Morph., 3 (1955) 230 - 241.
McCarrison, R.: Experimentally produced lymph-adenoid goitre. Ind. J. Med., 15 (1928) 909 - 913. 115
McHargue, J.S.: Further evidence that small quantities of copper, manganese and zinc are factors in the metabolism of animals. Am. J. Physiol., 77 (1926) 245 - 255.
Mertz, W.: Human requirements: basic and optimal. Ann. N.Y. Acad. Sci., 199 (1972) 191 - 199. Monier-Williams, G.W.: Manganese. In: Trace elements in food. Chapman & Hall, London (1949) 298 - 316.
Norris, L.C., C.D. Caskey: A chronic congenital ataxia and osteodystrophy in chicks due to manganese dificiency. J. Nutr., 17 (1939) Suppl., 16 - 17. orent, E.R., E.V. McCollum: Effects of deprivation of manganese in the rat. J. Biol. Chem., 92 (1931) 651 - 678.
Papavasiliou, P.S., S.T. MilIer, G.C. Cotzias: Functional interactions between biogenic amines, 3', 5'-cyclic AMP and manganese. Nature, 220 (1968) 74 - 75. Parker, H.E., F.N. Andrews, C.W. Carrick, R.D. Creek, S.M. Hauge: Effect of manganese on bone formation studied with radioactive isotopes. Poultry Sci., 34 (1955) 1154 - 1158. Perla, D., M. Sandberg: Metabolic interdependence of vit. B1 and manganese. Reciprocal neutralization of their toxic effects. Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 41 (1939) 522 - 527.
Pier, S.M.: The role of heavy metals in human health. Texas Rep. Biol. Med., 33 (1975) 93 - 94. Plumlee, M.P.,. D.M. Thrasher, W.M. Beeson, F.N. Andrews, H.E. Parker: The effects of a manganese deficiency upon the growth, development and reproduction of swine. J. Anim. Sci., 15 (1956) 352 - 367.
Richards, M.B.: Manganese in relation to nutrition. J. Biochem., 24 (1930) 1572 - 1590.
116
Schaible, P.J., S.L. Bandemer: The effect of mineral supplements on the availability of manganese. Poultry Sci., 21 (1942) 8 - 14.
Schroeder, H.A., J.J. Balassa, I.H. Tipton: Essential trace metals in man: manganese. J. Chrono Dis., 19 (1966) 545 - 571. Shils, M.E., E.V. McCollum: Further studies on the symptoms of manganese deficiency in the rat and mouse. J. Nutr., 26 (1943) 1.
Shrader, R.E., L.C. Erway, L.S. Hurley: Mucopolysaccharide synthesis in the developing inner ear of manganese-deficient and pal lid mutant mice. Teratology, 8 (1973) 257 - 266. Shrader, R.E., G.J. Everson: Anomalous development of otoliths associated with postural defects in manganese-defici~nt Guinea pigs. J. Nutr., 91 (1967) 453 - 460. Thomson, A.B.R., D. Olatunbosum, L.S. Valberg: Interrelation of intestinal transport system of manganese and iron. J. Lab. Clin. Med., 78 (1971) 642 - 655.
Tsai, H.C.C., G.J. Everson: Effect of manganese deficiency on the acid mucopolysaccharides in cartilage of Guinea pigs. J. Nutr., 91 (1967) 447 - 453. Underwood, E.J.: Trace elements in human and animal nutrition. 4th ed. Academic Press, New York (1977) 170 - 195.
Utter, M.F.: The biochemistry of manganese. In: Trace Elements. Eds: P.E. Burch and J.F. Sullivan. Medical Clinics of N. Amer., 60 (1976) 713 - 727. Veenhof, V.B.: The development of statoconia in mice. Verhdl. Kon. Ned. Akad. Wetensch. Afd. Natk. Tweede Reeks, 58 (1969) 5 - 49.
Vincentiis, M. de, F. Marmo: Inhibition of the morphogenesis of the otoliths in the chick embryo in the presence of carbonic anhydrase inhibitors. Experentia, 24 (1968) 818 - 820.
117
Waddell, J., H. Steenbock, E.B. Hart: Growth and reproduction on milk diets. J. Nutr., 4 (1931) 53 - 65.
Wenlock, R.W., D.H. Buss: Trace Nutrients: Manganese in Britisch Food. Br. J. Nutr., 41 (1979) 253 - 261. Wilgus, H.S., L.C. Norris, G.F. Heuser: The role of certain inorganic elements in the cause and prevention of perosis. Science, 84 (1936) 252 - 253.
Wilgus, H.S., A.R. Patton: Factors affecting manganese utilization in the chicken. J. Nutr., 18 (1939) 35 - 45. Wolbach, S.B., D.H. Hegsted: Perosis; Epiphyseal cartilage in choline and manganese deficiencies in the chick. A.M.A. Arch. Pathol., 56 (1953) 437 - 453.
118
SELENIUM EN KANKER
L.N. Vernie
Inleiding Selenium is een bijzonder element, niet alleen vanwege zijn chemische eigenschappen waardoor het wel een schizofrene chemische persoonlijkheid genoemd wordt (Zingaro en Cooper, 1974), maar ook door het optreden van zowel toxiciteits- als deficiëntieverschijnselen bij .dieren. Nog meer opvallend is de aan selenium toegeschreven bescherming tegen allerlei menselijke ziekten en kwalen zoals: verschillende typen kanker, gewrichtsontstekingen, cataract, hoge bloeddruk, hartkwalen, vergiftiging door zware metalen"ouderdomsverschijnselen en infecties (Frost en Ingvoldstad, 1975). Soms krijgt men de indruk dat al deze buitengewone eigenschappen iets te maken hebben met de naam selenium. Berzelius die het element ontdekte en dit in 1$17 beschreef noemde het nieuwe element naar het Griekse woord voor maan: selene. Reeds vóór die tijd was er een mineraal bekend waarvan men in de Middeleeuwen aannam dat het van de maan afkomstig was: seleniet. Behalve naamverwantschap heeft seleniet niets met selenium te maken. Het bestaat uit een bepaald soort gips en vanwege zijn bijzondere afkomst zou dit mineraal bovennatuurlijke krachten bezitten: het verhogen van de fruitopbrengst en het genezen van "maanziekte" (Adams, 1954).
Om op selenium zelf terug te komen, rond de jaren 30 groeide de belangstelling in de toxiciteit van seleniumverbindingen sterk. Dit had een economische reden: het vee stierf jaarlijks bij duizenden door het eten van planten met een hoog seleniumgehalte (Rosenfeld en Beath, 1964). De oorzaak van de giftigheid van seleniumverbindingen is niet precies bekend maar berust zo niet geheel dan toch ten dele op de vorming van seleenbevattende zwavelverbindingen zoals selenodiglutathion. Deze laatste verbinding wordt in het dierlijk organisme gevormd (Hsieh en Ganther, 1975), geeft een sterke remming van de eiwitsynthese in vitro (Vernie e.a., 1974) en is toxisch voor cellen in weefselkweek (Vernie e.a., 1979). 119
De ontdekking dat selenium een essentieel spore-element is kwam pas in 1957 door het werk van Schwarz en Foltz. Het gevolg was dat toen ook deficiëntieverschijnselen, veroorzaakt door een tekort aan selenium, zoals levernecrose en spierdystrofie bij dieren onderkend werden (overzicht: Schwarz, 1976). Men is thans van oordeel dat een tekort aan selenium veel meer economische schade berokkend heeft dan een teveel (Moxon en Olson, 1974). Nà 1957 volgde een grote hoeveelheid research over de mogelijke werking van selenium in het dierlijk organisme. Toch duurde het nog tot 1972 voordat kon worden aangetoond dat selenium gebonden is aan het enzym glutathionperoxidase (Rotruck e.a., 1973). Dit enzym katalyseert de reductie van een grote verscheidenheid aan peroxiden (Little en O'Brien, 1968) en beschermt de cel tegen peroxidatie van lipiden (Tappel, 1965). In 1978 publiceerden Forstrom e.a. dat de actieve plaats in het enzym selenium bevat in de vorm van selenocysteïne. Hiermee kwam de doorbraak omtrent het begrip van de werking van selenium als antioxidant.
Het verband tussen de in het begin van de inleiding genoemde ziekten (met name kanker) en selenium is echter, gedacht in termen van biochemische mechanismen, minder duidelijk.
Selenium als carcinogeen De bekendheid met de giftigheid van selenium en het nog onbekend zijn van de essentiële functie die het element heeft, heeft ertoe geleid dat het onderzoek van selenium in eerste instantie gericht was op een mogelijk carcinogene werking. In 1943 publiceerden Nelson en medewerkers dat bij ratten levertumoren werden gevonden na het toedienen aan deze dieren van voer met 5, 7 of 10 ppm selenium. Uitgaande van 126 ratten werden bij 11 van de 53 dieren die na een periode van 18 tot 24 maanden nog in leven waren levertumoren aangetroffen. Daarnaast hadden nog 4 dieren leverhyperplasie. De 73 ratten die vóór de periode van 18 maanden als gevolg van de toxiciteit van selenium stierven hadden geen levertumoren, terwijl in een controlegroep minder dan 1% tumoren werden gevonden. In een commentaar hierop (Shapiro, 1972) wordt gesuggereerd dat de "gevonden afwijkingen" ten onrechte als tumoren werden geïnterpreteerd. In 1946 werd door Seifter en mederwerkers melding gemaakt van schildkliertumoren en leverhyperplasie bij ratten na het toedienen van bis-4-acetamino-phenyl-selenium-dihydroxide.
120
Er werd echter géén controlegroep genoemd, een toegezegde nadere publicatie wordt niet meer in de literatuur vermeld. De genoemde verbinding heeft naar alle waarschijnlijkheid carcinogene eigenschappen die geen verband houden met het selenium (vgl. IARe, 1978). De conclusie dat selenium carcinogeen zou zijn is dan ook voorbarig. Toch is vermoedelijk op grond van beide publicaties selenium in het Amerikaanse "The Food Additive Amendment" van 1958 opgenomen als een carcinogeen (Shapiro, 1972). Hierdoor èn door de bekendheid met de grote toxiciteit van selenium is de toevoeging van dit element aan het veevoer om deficiëntieverschijnselen te voorkomen zeer vertraagd (Jenkins en Hidiroglou, 1972; Frost en Lish, 1975). Het duurde vervolgens tot 1960 voordat er weer een publicatie verscheen over selenium. Tsuzuki e.a. (1960)
von~en
~et
ontstaan van tumoren door
tumoren aan de hals bij muizen na bloot-
stelling van de dieren aan seleniumdamp of -stof. Tscherkes e.a. (1963) vonden levertumoren met longmetastasen bij ratten die 4 of 8 ppm selenium door hun voer hadden gekregen, alleen is ook hier -geen controlegroep vermeld waarbij selenium uit het voer is weggelaten. In een bespreking van de experimenten van Tscherkes meldden Schroeder e.a. (1970) dat deze experimenten door hun bevestigd konden worden. Dit werk is gepubliceerd door Schroeder en Mitchener (1971). Een hoeveelheid van 2 ppm selenium, later verhoogd tot 3 ppm, door het voer van ratten resulteerde in 41.7 % tumoren, terwijl in de controlegroep 16.9% tumoren werden gevonden. Omstreeks deze tijd eindigde de belangstelling van de verschillende onderzoekers voor selenium als een carcinogeen. Dit werd als het ware onderstreept door Frost (1972) die in een ingezonden brief meedeelde zich te distantiëren van de bovengenoemde publicatie en hieraan toevoegde dat hij eerder gepubliceerde gegevens en ook de conclusie dat selenium carcinogeen was terugnam. Een onderzoek bij werkers in de industrie die aan selenium staan blootgesteld, zich uitstrekkend over een periode van 10 jaar, gaf noch een verhoging noch een verlaging van de tumorincidentie te zien (Cooper en Glover, 1974).
Selenium als anti carcinogeen Tegenover de weinige publicaties die zijn verschenen over selenium als 'carcinogeen staan, vooral de laatste jaren, talrijke onderzoekingen betreffende selenium als anticarcinogeen. Dit werk omvat epidemiologisch onderzoek naar de relatie tussen het voorkomen- van selenium in het voedsel en de tumorincidentie, alsmede experimenteel proefdieronderzoek. 121
Een van de meest opvallende studies is het onderzoek van Schrauzer e.a. (1977a) naar de sterfte tengevolge van mammatumoren in 27 verschillende landen. Er blijkt een negatieve correlatie te bestaan tussen de naar leeftijd gecorrigeerde sterfte aan mammatumoren en de hoeveelheid selenium in de voeding. Een vermindering met een factor 3 werd gevonden bij een toename van de jaarlijkse hoeveelheid selenium in de voeding van 60 tot ongeveer 100 mg. In deze grafiek · staat Nederland vermeld met het hoogste sterftecijfer aan mammatumoren en de laagste selenium intake. De genoemde negatieve correlatie tussen selenium in de voeding en de tumorincidentie geldt, zij het in iets mindere mate dan voor mammatumoren, ook voor een groot aantal andere soorten kanker. Dezelfde negatieve correlatie met de tumor incidentie werd door Schrauzer en medewerkers gevonden tussen de hoeveelheid selenium in de voeding en de seleniumconcentratie in het bloed. Uiteraard zijn tegen deze wijze van presentatie bedenkingen aan te voeren; in plaats van selenium kan gemakkelijk een andere parameter ingevoerd worden zonder dat het resultaat verandert. Maar dit werk van Schrauzer staat niet los van een meer algemeen onderzoek naar de relatie tussen het gebruik van een bepaald voedselpakket en het v66rkomen van tumoren (Schrauzer, 1976). In een vervolgstudie betreffende het verband tussen consumptiepatroon en tumorincidentie zijn door Schrauzer e.a. (1977b) met het oog op een mogelijke antagonistische werking t.o.v. selenium ook andere sporeelementen zoals zink, cadmium, koper, chroom, mangaan en arsenicum betrokken. Uit deze studie blijkt dat zink een negatief effekt heeft op de beschermende werking van selenium. Arsenicum en mangaan hebben mogelijk anticarcinogene eigenschappen. Het hier genoemde epidemiologisch onderzoek staat ook in verband met door Schrauzer e.a. (1976) uitgevoerde dierexperimenten. Bij C3H muizen die 2 ppm selenium, in de vorm van natriumseleniet, met het drinkwater kregen toegediend, zakte de spontane mammatumorincidentie van 82 naar 10%. Een latere uitbreiding van dit experiment met hogere en lagere concentraties aan selenium toonde aan dat het percentage dieren met een mammatumor daalde naarmate er meer selenium werd gegeven. Bovendien verschoof de leeftijd waarop de eerste dieren een tumor kregen van resp. 4 naar 8, 12 en 18 maanden bij resp. 0, 0.1, 0.5 en 1 ppm selenium in het drinkwater (Schrauzer e.a., 1978a). Toevoeging van zink aan selenium deed de tumor incidentie weer stijgen (Schrauzer e .a., 1976), terwijl de invloed van arsenicum alleen of tezamen met selenium controversioneel is (Schrauzer e .a., 1976; 1978b; Frost, 1975).
122
Shamberger e.a. (1976) onderzochten een mogelijke relatie tussen de hoeveelheid selenium in de bodem van verschillende gebieden in Amerika en de sterfte aan kanker. Deze gebieden werden verdeeld in plaatsen met een hoog, laag en gemiddeld gehalte aan selenium. Het resultaat was dat in de gebieden met een hoog seleniumgehalte de sterfte aan verschillende typen van kanker zoals maag-, darm-, long- en borstkanker significant lager was dan in de gebieden met een laag seleniumgehalte. Hierbij wordt evenwel door Shamberger opgemerkt dat de gebieden met een hoog seleniumgehalte ook de plaatsen zijn met minder luchtverontreiniging, zodat andere factoren eveneens een rol kunnen spelen. De door Shamberger gevonden negatieve correlatie tussen de geografische verspreiding van selenium en de tumorincidentie wordt bevestigd door Jansson e.a. (1977). Het onderzoek van Shamberger was o.a. een gevolg van eerder door hem uitgevoerde dierexperimenten betreffende het verband tusse n selenium en tumoren (Shamberger, 1970). Hierbij werden met behulp van 7,12-dimethylbenz (a)anthraceen (DMBA) als initiërend
carc~nogeen
en crotonolie (CRO) als pro-
motor bij muizen huidtumoren opgewekt. Indien nu tezamen met de crotonolie selenium (als natriumselenide) op de huid werd aangebracht daalde in twee onafhankelijke experimenten het aantal muizen met een tumor met ongeveer 50%, terwijl in één experiment geen effekt gevonden werd. Een herhaling van deze proeven met methylcholanthreen (MCA) i.p.v. CRO als promotor gaf ook een reductie van de tumorincidentie en wel van 83 % met MCA naar 61% met MCA + selenium. De toediening van selenium gecombineerd met crotonolie bleek niet noodzakelijk te zijn. Het percentage muizen met tumoren nam ook af (nl. van 72 naar 40%) als selenium in de vorm van natriumseleniet aan het voer werd toegevoegd. In eenzelfde experiment, maar nu met applicatie van benz(a)pyreen (BP) i.p.v. DMBA en crotonolie, gaf selenium eveneens een vermindering van het percentage muizen met tumoren en wel van 86 naar 44 %. Bovendien was bij toediening van selenium in de groep muizen die tumoren kregen het gemiddelde aantal tumoren per muis gedaald van 8 naar 5. Deze publicatie van Shamberger was in feite de aanzet tot verder onderzoek naar de anticarcinogene werking van selenium. Toch was reeds ongeveer 20 jaar eerder een publicatie van Clayton en Baumann(1949) verschenen waarin de anticarcinogene werking van selenium werd beschreven. Dit werk heeft echter al die tijd geen aandacht gekregen en ook de onderzoekers zelf hebben, gezien het feit dat geen nadere studie is gevolgd, het belang van hun experimenten niet onderkend. In die tijd stond selenium nog bekend als alleen maar toxisch en carcinogeen. Het was dan ook niet de bedoeling van Clayton en Baumann om de anticarcinogene werking van selenium te testen, maar om een mogelijk 123
additief effekt van het ene carcinogeen, selenium, op het andere, de azokleurstof m'-methyl-p-dimethylaminoazobenzeen (m'-DAB) te bepalen. Selenium werd daartoe in de vorm van natriumseleniet tezamen met m'-DAB door het voer gemengd. In plaats van de verwachte stijging van de tumorincidentie werd een reductie van ongeveer 50% gevonden t.o.v. ratten die geen selenium toegediend kregen. Als commentaar hierop schreven genoemde auteurs: "Selenium retarded the format ion of tumors due to m'-DAB in spite of the reported carcinogenicity of the element itself. However, carcinogens are not always additive ••. n.
Een hele omwenteling in de opvattingen over selenium van toxisch naar essentieel spore-element is nodig geweest voordat de gedachte aan selenium als carcinogeen kon veranderen in selenium als anticarcinogeen. Zoals gezegd verscheen
pas twintig jaar nà het werk van Clayton en Baumann de eerste mede-
deling van Shamberger (1969) omtrent de beschermende werking van selenium tegen het ontstaan van kanker, hetgeen resulteerde in bovengenoemde publicatie van Shamberger (1970). Vervolgens verscheen een publicatie van Harr e.a. (1972) waarin het effekt van de toevoeging van selenium aan rattevoer op het ontstaan van tumoren door het carcinogeen N-2-fluorenyl-acetamide (FAA) werd bestudeerd. Selenium (als natriumseleniet) gemengd door het voer gaf een daling te zien van het percentage ratten met mammatumoren en/of levertumoren. Bovendien bleek dat, gerekend vanaf het begin van het experiment, het moment waarop de eerste tumoren verschenen door selenium toevoeging verschoof van ongeveer 100 naar 200 dagen. Onjuist was het dat deze auteurs niet hebben bepaald of de hoeveelheid voedsel die door de dieren genuttigd werd in alle gevallen vergelijkbaar was. Het is bekend dat toevoeging van natriumseleniet aan het voer als gevolg heeft dat de dieren hiervan minder eten. Omdat tevens het carcinogeen FAA door het voer was gemengd kan dit betekenen dat ook minder FAA is opgenomen met als gevolg de door Harr en mederwerkers gevonden resultaten. Later deelde een van de auteurs van deze publicatie mee dat pogingen om de proeven te herhalen waren mislukt (zie hiervoor Frost en Ingvoldstad, 1975).
Het eerder genoemde epidemiologische onderzoek van Shamberger e.a. (1976) en Jansson e.a. (1977) en speciaal de daarin vermelde hogere incidentie van coloncarcinoom in gebieden met een laag
seleni~gehalte
was aanleiding voor
Jacobs e.a. (1977a) en Jacobs (1977) tot het uitvoeren van dierproeven.
124
Tumoren van de dikke darm werden bij ratten opgewekt met 1,2-dimethylhydrazine (DMH) of met methylazoxymethanolacetaat (MAM). Selenium toevoeging aan het drinkwater verminderde het aantal dieren met door DMH opgewekte darmtumoren van 13 uit 15 tot 6 uit 15, terwijl het totale aantal tumoren zakte van 39 in de DMH groep naar 11 in de DMH + selenium groep. Wat betreft het aantal ratten met tumoren, werd geen significant verschil gevonden in de met MAM en MAM + selenium behandelde dieren. Wel bleek het totale aantal tumoren opgewekt met MAM door selenium toevoeging gedaald te zijn van 73 naar 42. Ook werd door dezelfde auteurs (Jacobs, 1977; Jacobs e.a., 1977b) gemeld dat selenium in een bacterieel testsysteem de mutageniteit van het carcinogeen acetylaminofluoreen en derivaten vermindert.
Vervolgens verscheen een publicatie van Griffin en Jacobs (1977) over de invloed van selenium op het ontstaan van levertumoren door 3'-methyl-4-dimethylaminoazobenze en (3'-MeDAB). De
tumorinci4~ntie
daalde van 11 uit 12 met alleen
3'-MeDAB naar resp. 7 uit 15 of 9 uit 14 als ook selenium met drinkwater of voer werd toegediend.
Niet altijd heeft selenium een remmend effekt op het ontstaan van tumoren. Exon e.a. (1976) testten selenium op de tumorinductie bij muizen door het Rauscher leukemie virus (RLV). In dit experiment vonden zij geen verschil als selenium al dan niet werd toegediend. Dit is in feite een bijzonder resultaat omdat hier sprake is van de opwekking van tumoren met behulp van een virus in tegenstelling tot de andere genoemde experimenten waarbij chemische carcinogenen zijn gebruikt. Naast deze opsomming van epidemiologisch onderzoek en dierexperimenten staan publicaties van McConnell e.a. (1975) en Broghamer e.a. (1976) betreffende seleniumspiegels in het bloed van kankerpatiënten. Bij patiënten werden lagere seleniumwaarden gevonden dan bij controlepersonen. Bovendien schrijft Broghamer dat er een verband bestaat tussen de hoeveelheid selenium in het bloed en het gedrag van de tumor. Waarschijnlijk komt een lagere seleniumconcentratie overeen met méér metastasen, méér primaire tumoren en een kortere overlevingsduur. De laatste twee punten werden ook bij het onderzoek met proefdieren gevonden. In samenhang met de boven beschreven onderzoekingen krijgt de volgende mededeling in de literatuur meer gewicht. De bodem in Nieuw-Zeeland is arm aan selenium en om selenium-deficiëntie ziekten te voorkomen werd op een bepaald 125
moment besloten selenium aan het drinkwater voor schapen toe te voegen. Naar aanleiding hiervan schrijft Wedderburn (1972) in een commentaar op de mogelijke carcinogeniteit van selenium dat hij 27 jaar lang autopsie verrichtte bij schapen op de aanwezigheid van darmtumoren maar dat hij deze nagenoeg niet meer tegenkwam nadat selenium aan het drinkwater van de dieren was toegevoegd.
Een samenvatting van alle dierexperimenten is vermeld in Tabel I.
Tabel I. Effekt van selenium op de tumorincidentie
Soort
geïnduceerd
tumor
met
controle
+Se
lever rat
m'DAB
62
31
Clayton and Baumann, 1949
huid muis
DMBA+CR0 1
89
45
Shamberger, 1970
2
tumor %
literatuur
huid muis
DMBA+CR0
72
40
Shamberger, 1970
huid muis
DMBA+MCA
83
61
Shamberger, 1970
huid muis
BP
86
44
Shamberger, 1970
darm schaap
spontaan
?
0
Wedderburn, 1972
FM
100 dagen
3200
Harr e.a., 1972
mamma muis
spontaan
82
10
Schrauzer e.a., 1976
milt muis
RLV
géén effekt
lever rat mamma rat
Exon e.a., 1976
darm rat
MAM
100
93
Jacobs e.a. , 1977a
darm rat
DMH
87
40
Jacobs e.a. , 1977a
lever rat
3'-MeDAB
92
46
Griffin en Jacobs, 1977
mamma muis
spontaan
42
10
Schrauzer e. a. , 1978
1 selenium geappliceerd tezamen met CRO; 2selenium gemengd door voer; 3verschuiving van het moment van het aantoonbaar zijn van de tumoren naar latere leeftijd.
126
Samenvatting en conclusies Na het overzicht van de literatuur betreffende een mogelijke relatie tussen selenium en het ontstaan van kanker blijft de vraag bestaan of selenium een carcinogeen of anticarcinogeen is. Deze vraag is eerder door Fredga (1975) in een rede op een Symposium beantwoord met: "If it came to betting I should put my money on the anti tumor effects". Intussen zijn nieuwe publicaties over dit onderwerp verschenen zodat nu een beter oordeel mogelijk is. Daarbij komt dat hier niet gekozen behoeft te worden tussen èf het een èf het ander, maar dat er sprake is van twee vragen nl. kan selenium tumoren veroorzaken en kan selenium het ontstaan van tumoren tegengaan. De aanwijzingen in de literatuur dat selenium carcinogeen is zijn zeer beperkt. Een enkele maal wordt hiervan melding gemaakt zonder dat er controle-experimenten zijn gedaan; een andere keer werd zoveel selenium toegediend dat er al een grote sterfte onder de dieren was opgetreden v66rdat tumoren zicf_ konden manifesteren. Alleen de publicatie van Schroeder en Mitchener (1971) geeft een indicatie dat er bij langdurige toediening van een subtoxische dosis aan selenium een verhoging van spontane tumorincidentie optreedt bij oudere dieren. Op grond
va~
de
literatuurgegevens zijn de aanwijzingen dat selenium carcinogeen zou zijn te summier. Nooit is gevonden dat selenium in een bepaald proefdier een specifiek soort tumoren geeft zoals dat veelal het geval is met chemische carcinogenen. De conclusie moet dan ook zijn dat het onwaarschijnlijk is dat selenium tumoren veroorzaakt, zeker als er geen chronisch toxische of subtoxische doses worden gebruikt. Hiertegenover staat het werk waarin wordt vermeld dat door selenium toediening juist een verlaging wordt gevonden van de spontane tumor incidentie en van het aantal tumoren opgewekt door verschillende chemische carcinogenen. Er is echter ook een zekere weerstand te bemerken om selenium anticarcinogeen te noemen. Dit komt voornamelijk doordat er geen duidelijkheid bestaat over de manier waarop selenium tumorvorming kan verminderen. Het is begrijpelijk dat voor een verklaring van deze werking allereerst gekeken wordt naar de nu vaststaande werking van selenium als antioxidant via het enzym glutathionperoxidase. Bekend is ook dat meerdere antioxydantia het ontstaan van tumoren tegengaan (Shamberger, 1972; Wattenberg, 1978). Het effect van antioxydantia moet worden gezien als een bescherming tegen het optreden van weefselbeschadigingen door peroxidatie. Hierbij komt dat perioxidatie van vetten aanleiding geeft tot de vorming van het carcinogene malonaldehyde (Shamberger e.a., 1974). Het moet ook niet uitgesloten worden geacht dat er 127
in de toekomst naast glutationperioxidase nog andere seleniumbevattende enzymen worden gevonden. In dat geval zou het voork6men van perioxidatie niet de enige werking van selenium behoeven te zijn. Maar ook zonder een precieze verklaring voor de aan selenium toegeschreven anticarcinogene werking zijn de resultaten bij proefdieren zeer opvallend. Een reductie van de tumorincidentie van ongeveer 50 % wordt regelmatig gevonden. In combinatie met het epidemiologisch onderzoek betekent dit dat niet aan het gunstig effect van selenium kan worden voorbijgegaan en dat bij een deficientie van dit element de bescherming tegen bepaalde vormen van kanker verminderd kan zijn.
Literatuur Adams, F.D.: The birth and development of the geological sciences. Dover Publications, New York (1954) 462 - 467.
Broghamer, W.L., K.P. McConnell, A.L. Blotcky: Relationship between serum selenium levels and patients with carcinoma. Cancer, 37 (1976) 1384 - 1388. Clayton,C.C., C.A. Baumann: Diet and azo dye tumors: effect of diet during a period when the dye is not fed. Cancer Res., 9 (1949) 575 - 582.
Cooper, W.C., J.R. Glover: The toxicology of selenium and its compounds. In: Selenium. Eds.: R.A. Zingar, W.C. Cooper. Van Nostrand Reinhold Company, New York (1974) 658. Exon, J.H., L.O. Koller, S.C. Elliott: Effect of dietary selenium on tumor induction by an oncogenic virus. Clin. Tox., 9 (1976) 273 - 279.
Forstrom, J.W., J.J. Zakowski, A.L. Tappel: Identification of the catalytic site of rat liver gluathione peroxidase as selenocysteine. Biochemistry, 17 (1978) 2639 - .2644.
Fredga, A.: Opening speech to the second international symposium on organiC selenium and tellurium chemistry. Chemica Scripta, 8A (1975). Frost, D.V.: Letter to
128
the editor. J. Chrono Dis., 25 (1972) 415.
Frost, D.V., D. Ingvoldstad: Ecological aspects of selenium and tellurium in human and animal health. Chemica Scripta, 8A (1975) 96 - 107.
Frost, D.V., P.M. Lish: Selenium in biology. Ann. Rev. Pharmacol., 15 (1975) 259 - 284. Frost, D.V.: Is selenium depletion the answer to the "arsenic cancer" mystery? Feedstuffs, 47 (1975) No. 14.
Griffin, A.C., M.M. Jacobs: Effects of selenium on azc dye hepatocarcinogenesis. Cancer Lett., 3 (1977) 177 - 181. Harr, J.R., B.S. Exon, P.D. Whanger, P.H. Weswig: Effect of dietary selenium on N-2 fluorenylacetamide (FAA)-induced cancer in vitamin E supplemented, selenium depieted rats. CIrri. Tox., 5 (1972) 187 - 194. Hsieh, H.D., H.E. Ganther: Acid-volatile selenium formation catalyzed by glutathion reducatse. Biochemistry, 14 (1975) 1632 - 1636.
IARC Monographs: on the evaluation of the carcinogenic risk of chemicals to humans: 16 (1978) 343 - 348. Jacobs, M.M.: Inhibitory effects of selenium on 1,2-dimethylhydrazine and methylazoxymethanol colon carcinogenesis. Cancer, 40 (1977) 2557 - 2564.
Jacobs, M.M., B. Jansson, A.C. Griffin: Inhibitory effects of selenium on 1,2-dimethylhydrazine and methyIazoxymethanol acetate induction of colon tumors. Cancer Lett., 2
(1977a) 133 - 138.
Jacobs, M.M., T.S. Matney, A.C. Griffin: Inhibitory effects of selenium on the mutagenicity of 2-acetylaminofluorene (AAF) and AAF derivatives. Cancer Lett. 2 (1977b) 319 - 322.
Jansson, B., M.A. Malahy, G.B. Seibert: Geographical distribution of gastrointestinal cancer and breast cancer and its relation to selenium deficiency. In: Prevention and detection of cancer. Part I. Prevention. Vol. I. Etiology. Ed.: H.E. Nieburgs. Marcel Dekker., New York (1977) 1161 - 1178.
129
Jenkins, K.J., M. Hidiroglou: A review of seleniumjvitamin E responsive problems in livestock: a case for selenium as a feed additive in Canada. Can. J. Anim. Sci., 52 (1972) 591 - 620.
Little, C., P.J. O'Brien: An intracellular GSH-peroxidase with a lipid peroxide substrate. Biochm. Biophys. Res. Commun., 31 (1968) 145 - 150. McConnell, K.P., W.L. Broghamer, A.J. Blotcky, O.J. Hurt: Selenium levels in human blood and tissues in health and in disease. J. Nutr., 105 (1975) 1026 - 1031. Moxon, A.L., O.E. Olson: Selenium in agriculture. In: Selenium. Eds.: R.A. Zingaro, W.C. Cooper. Van Nostrand Reinhold Company, New York (1974) 687 - 688.
Nelson, A.A., O.G. Fitzhugh, H.O. Calvery: Liver tumors following cirrhosis caused by selenium in rats. Cancer Res., 3 (1943) 230 - 236. Rosenfeld, I., O.A. beath: Selenium: geobotany, biochemistry, toxicity and nutrition. Academic Press, New York (.1964).
Rotruck, J.T., A.L. Pope, H.E. Ganther, A.B. Swanson, D.G. Hafeman, W.G. Hoekstra: Selenium: Biochemical role as a component of glutatione peroxidase. Science, 179 (1973) 577 - 590. Schrauzer, G.N.: Cancer mortality correlation studies. 11. Regional associations of mortalities with the consumptions of foods and other commodities. Medic. Hypoth., 2 (1976) 39 - 49. Schrauzer, G.N., D.A. White, C.J. Schneider: Inhibition of the genesis of spontaneous mammary tumors in C3H mice: Effects of selenium and of seleniumantagonistic elements and their possible role in human breast cancer. Bioinorg. Chem., 6 (1976) 265 - 270.
Schrauzer, G.M., D.A. White, C.J. Schneider: Cancer mortality correlation studies - 111: Statistical associations with dietary selenium intakes. Bioinorg. Chem., 7 (1977a) 23 - 34.
130
Schrauzer, G.N., D.A. White, C.J. Schneider: Cancer mortality correlation studies - IV: Associations with dietary intakes and blood leves of certain trace elements, notably Se-antagonists. Bioinorg. Chem., 7 (1977b) 35 - 56.
Schrauzer, G.N., D.A. White, C.J. Schneider: Selenium and cancer: Effects of selenium and of the diet on the genesis of spontaneous mammary tumors in virgin inbred female C3H/St mice. Bioinorg. Chem., 8 (1978a) 387 - 396. Schrauzer, G.N., D.A. White, J.E. McGinness, C.J. Schneider, L.J. Bell: Arsenic and cancer: Effects of the joint administration of arsenite and selenite on the genesis of mammary adenocarcinoma in inbred female C3H/St Mice. Bioinorg. Chem., 9 (1·978b) 245 - 253. Schroeder, H.A., D.V. Frost, J.J. Balassa: Essential trace metals in man: selenium. J. Chrono Dis., 23 (1970) 227 - :. 243. Schroeder, H.A., M. Mitchener: Selenium and tellurium in rats: effect on growth, survival and tumors. J. Nutr. 101 (1971) 1531 - 1540.
Schwarz, K., C.M. Foltz: Selenium as an integral part of factor 3 against dietary necrotic liver degeneration. J. Amer. Chem. Soc., 79 ('1957) 3292 - 3293. Schwarz, K.: Essentiality and metabolic functions of selenium. Symposium on trace elements. Med. Clin. North America, 60 (1976) 745 - 758. Seifter, J., W.E. Ehrich, G. Hudyma, G. Mueller: Thyroid adenomas in rats receiving selenium. Science, 103 (1946) 762.
Shamberger, R.J.: Relationship between selenium and cancer. Proc. Amer. Ass. Cancer Res., 10 (1969) 311. Shamberger, R.J.: Relation
of selenium to cancer. I. Inhibitory effect of
selenium on carcinogenesis. J. Nat. Cancer Instr., 44 (1970) 931 - 936. Shamberger, R.J.: Increase of peroxidation in carcinogenesis. J. Nat. Cancer Inst., 48 (1972) 1491 - 1497.
131
Shamberger, R.J., T.L. Andreone, C.E. Willis: Antioxidants and cancer. IV. Initiating activity of malonaldehyde as a carcinogen. J. Nat. Cancer Inst., 53 (1974) 1771 - 1773. Shamberger, R.J., S.A. Tytko, C.E. Willis: Antioxidants and cancer. Part VI. Selenium and age-adjusted human cancer mortality. Arch. Environ. Health, 31 (1976) 231 - 235.
Shapiro, J.R.: Selenium and carcinogenesis: a review. Annals N.Y. Acad. Sci., 192 (1972) 215 - 219. Tappel, A.L.: Free-radical lipid peroxidation damage and its inhibition by vitamin E and selenium. Fed. Proc., 24 (1965) 73 - 78. Tscherkes, L.A., M.N. Volgarev, Aptekar, S.G.: Selenium-caused tumors. Acta Uv. Int. Cancer, 19 (1963) 632 - 633.
Tsuzuki, H., K. Okawa, T. Hosoya: Experimental selenium poisoning. Yokohama Med. Bull., 11 (1960) 368. Vernie, L.N., W.S. Bont, P. Emmelot: Inhibition of in vitro amino acid incorporation by sodium selenite. Biochemistry, 13 (1974) 337 - 341. Vernie, L.N., J.G. Collard, A.P.M. Eker, A. De Wildt, I.T. Wilders: Studies on the inhibition of protein synthesis by selenodiglutathione. Biochem. J., 180 (1979) 213 - 218.
Wattenbeor g, L.W.: Inhibition of chemical carcinogenesis. J. Nat. Cancer Inst., 60 (1978) 11 - 18. Wedderburn, J .oF.: Selenium and cancer, N.Z. Vet. J., 20 (1972) 56 - 57.
Zingaro, R.A., W.C. Cooper: Preface. In: Seleneium. Eds.: R.A. Zingaro, W.C. Cooper. Van Nostrand Reinhold Company, New York (1974) V
132
~
VII.
MOLYBDEEN-DEFICIENTIE Een patient met een combinatie van xanthine-oxidase en sulfietoxidase deficientie: een molybdeen-afhankelijk aangeboren stofwisselingsdefect?
C. v.d. Heiden
Inleiding Een duidelijke molybdeen-deficientie is bij dè mens nog niet beschreven. Wel is men er bij proefdieren in geslaagd de concentratie van molybdeenafhankelijke enzymen, zoals xanthine-oxidase, te verlagen door middel van molybdeen-arme diëten. Echter werden geen adverse effecten hiervan geconstateerd. Pas wanneer bovendien een grote overmaat wolfraam - een antagonist van molybdeen - aan het voer werd toegevoegd trad verminderde groei en verstoring van het purine metabolisme op.
Hereditaire xanthinurie wordt beschreven als een milde genetische afwijking veroorzaakt door een xanthine-oxidase deficientie. Goed gedokumenteerde overzichten hierover zijn gepubliceerd (Desbois e.a., 1977; Dwosh e.a., 1977; Cart ier en Perignon, 1978). Biochemisch zijn de patienten herkenbaar aan een lage concentratie van urinezuur in serum en urine naast een verhoogde excretie van xanthine en hypoxanthine. Behalve urolithiasis en myopathie als gevolg van stapeling van xanthine en hypoxanthine in spierweefsel (Chalmers e.a., 1969; Parker e.a., 1970) verloopt deze aandoening tamelijk asymptomatisch. Een zeer zeldzame genetische aandoening is sulfieturie, veroorzaakt door een sulfietoxidase deficientie (Irreverre e.a., 1967; Mudd e.a., 1967; percy e.a, 1968; Shih e.a., 1977). De klinische symptomatologie omvat mentale retardatie, ernstige neurologische afwijkingen (Rosenblum, 1968) en lensluxatie. Behalve sulfiet scheiden deze patienten ook andere S-houdende verbindingen in verhoogde mate uit zoals S-sulfocysteine, taurine en thiosulfaat. De excretie van sulfaat is verlaagd. Bij het hier beschreven patientje kon zowel xanthinurie als sulfieturie worden aangetoond, die gebaseerd bleken te zijn op een deficientie van de molybdo-enzymen xanthine-oxidase en 133
I
sulfietoxidase. Nadere informatie zal worden gegeven over de klinische symptomen en de biochemische bevindingen. Speculatief zal nader worden ingegaan op de basis van het defect.
Klinische gegevens (Drs. F.A. Beemer, kinderarts) Propositus, een meisje, tweede kind van niet verwante Nederlandse ouders, werd op de leeftijd van 3 weken elders opgenomen wegens voedingsproblemen. Mede op grond van andere afwijkende klinische symptomen zoals tweezijdige lensluxatie, microphthalmie, abnormale vorm van de schedel en epilepsie werd het kind overgeplaatst naar het Wilhelmina Kinderziekenhuis. Uit een nadere anamnese bleek dat er geen complicaties waren geweest gedurende de zwangerschap, de partus normaal verlopen was en er zich geen perinatale asphyxie had voorgedaan. Het eerste kind, een jongen, is gezond. Epilepsie komt in de familie voor.
Biochemische bevindingen Onderzoek in serum en urine (Dr. S.K. Wadman, Dr. M. Duran)
Routine onderzoek van serum en urine gaf de volgende abnormaliteiten te zien: een laag urinezuur in serum (0,01 - 0,07 mmol/l) en urine, een verhoogde uitscheiding van xanthine (3,7 - 7,6 mmol/g kreatinine) en in mindere mate van hypoxanthine (0,1 - 1,1 mmol/g kreatinine) en een positieve sUlfietreaktie (Merckoquant(R) sulfiettest) in de urine. Kwantitatieve analyse van de urine toonde een verhóogde excretie van de volgende S-houdende verbindingen: S-sulfocysteine (2,3 - 2,6 mmol/g kreatinine), taurine (1,9 - 7,6 mmol/g kreatinine) en thiosulfaat (0.80 mmol/g kreatinine). De excretie van sulfaat was verlaagd (1,9 - 13,7 mmol/g kreatinine). De klinische en biochemische abnormaliteiten zijn evident voor een combinatie van xanthinurie en sulfieturie.
Enzymaktiviteiten in weefsel
Op
geleide van deze biochemische resultaten werd in weefselmateriaal de akti-
viteit bepaald van 134
x~thine-oxidase
en sulfietoxidase. vergeleken , met een
Î
controlegroep bleek xanthine-oxidase in een jejunumbiopt afwezig te zijn, terwijl de aktiviteit van een aantal referentie-enzymen (lactase, saccharase en maltase; laboratorium Dr. J.H. v.d. Kamer) binnen het normale gebied viel. In leverweefsel kon slechts 6 % van de gemiddelde xanthine-oxidase aktiviteit, bepaald bij e e n controlegroep, worde n aangetoond; sulfietoxidase was geheel afwezig.
Verdere resultaten en discussie Hoewel met behulp van enzymstudies een dubbel genetisch defekt bij één patient kon worden aangetoond, bleef er een grote mate van onwaarschijnlijkheid bestaan omtrent de juistheid van deze bevinding. Een gemeenschappelijke oorzaak voor het dy sfunctioneren van beide enzymen leek meer voor de hand te liggen. Xanthine-oxidase (2 FAO, 8 Fe, 2 Ma) en sulfietoxidase (2 haem, 2 Ma) zijn beide metalloenzymen (Fig. 1), waarbij de inbouw van Ma in het aktieve centrum van het enzym essentieel is voor een optimale aktiviteit (Avis e.a., 1955; Cohen en Fridovich, 1971a; 1971b; Cohen e .a., 1971; Li en Vallee, 1973; Johnson en Rajagopalan, 1976a).
50-3 sulfiet
xanthine
~t-:----i xanthine-oxidase I
N~N}-OH HO~NÁN
Isulfietoxidaset--
I molybdo- enzymen I
urinezuur
Fig . 1. Relatie tussen xanthine- oxidase en sulfiet- oxidase 135
De hoeveelheid molybdeen in de voeding (Underwood, 1962) leek voldoende aangezien bij het beschreven patientje een normale molybdeen-spiegel in het serum kon worden aangetoond (Dr. I. Lombeek, Düsseldorf). Een interaktie met koper (Matrone, 1970; Kovalski en Vorotnitskaya, 1970) werd uitgesloten. De koper-concentratie in het serum werd herhaalde malen normaal bevonden (Dr. G.J. van Stekelenburg, Utrecht). Toediening van molybdeen als ammoniummolybdaat in een pharmacologische dosering
(~200
~/dag)
gaf noch verbete-
ring in het klinische beeld noch veranderingen in de biochemische abnormaliteiten. Het serum koper-gehalte werd er niet door beinvloed. In het leverweefsel van ons patientje bleek molybdeen niet aantoonbaar (Dr. J.L. Johnson, Duke University, Medical Center, Durham, North Caroline). Normaliter komt molybdeen in de hoogste concentraties voor in lever (Schroeder e.a., 1967; Underwood, 1962). Deze bevindingen wijzen in de richting van een defect inhet transportmechanisme van molybdeen, hoewel Underwoord (1962) het bestaan van een specifiek transporteiwit voor molybdeen betwijfelt.
Een andere mogelijkheid zou een defekt kunnen zijn in een systeem, noodzakelijk voor de inbouw van molybdeen in het apo-enzym. Door
~olybdeen
te ver-
vangen door wolfraam, een antagonist van molybdeen, waren Johnson e.a. (1974a; 1974b; 1974c) in staat xanthine-oxidase en sulfietoxidase te inaktiveren. Met behulp van een cofaktor, geisoleerd o.a. uit dierlijk levermateriaal, kon het demolybdosulfietoxidase weer gereconstitueerd en geaktiveerd worden (Jones e.a., 1977; Johnson e.a., 1977). De aanwezigheid van een dergelijke cofaktor werd ook aangetoond in menselijke lever (Johnson en Rajagopalan, 1976b). De gecombineerde enzymdeficientie bij onze patient zou mogelijk met een defekt in synthese of functie van zo'n co faktor verklaard kunnen worden. Er zou dan sprake zijn van een molybdeen-deficientie, weliswaar niet als gevolg van een tekort
in de voeding maar mogelijk als gevolg
van een inadequaat functioneren van een (membraan?) transport mechanisme voor molybdeen.
Literatuur Avis, P.G., F. Bergel, R.C. Bray: Cellular constituents: The chemistry of xanthine oxidase. I The preparation of a crystalline xanthine oxidase from cow milko J. Chem. Soc., (1955) 1100 - 1105.
136
Cartier, P., J.L. Perignon: Xanthinurie. La nouv. Pres se Med., 7 (1978) 1381 - 1390.
Chalmers, R.A., M. Johnson, C. Pallis, R.W.E. Watts: Xanthinuria with myopathy (with some observations on the renal handling of oxypurines in the disease). Quart. J. Med., 38 (1969) 493 - 512. Cohen, H.J., I. Fridovich: Hepatic sulfite oxidase, purification and properties. J. Biol. Chem., 246 (1971 a) 359 - 366.
Cohen, H.J., I. Fridovich: Hepatic sulfite oxidase, the nature and function of the heme prosthetic groups. J.·Biol. Chem., 246 (1971 b) 367 - 373. Cohen, H.J., I. Fridovich, K.V. Rajagopalan: Hepatic sulfite oxidase, a functional role for molybdenum. J. Biol.Chem., 246 (1971) 374 - 382.
Cohen, H.J. S. Betcher-Lange, D.L. Kessler, K.V. Rajagopalan: Hepatic sulfite oxidase. Congruency in mitochondria of prosthetic groups and activity. J. Biol. Che., 247 (1972) 7759 - 7766.
Desbois, J.C., P. Cartier,
o.
Petyst, C. Allaneau, A. Herrault: Dêficit en
xanthine oxidase (xanthinurie congênitale). Etude d'un famille. Ann. Pediat., 24 (1977) 551 - 562. Dwosh, I.L., D.A.K. Roncari, E. Marliss, I.H. Fox: Hypouricemia in disease: a study of different mechanisms. J. Lab. Clin. Med., 90 (1977) 153 - 161.
Irreverre, F., S.H. Mudd, W.D. Heizer, L. Laster: Sulfite oxidase deficiency: studies of a patient with mental retardation, dislocated ocular lenses, and abnormal urinary excretion of S-sulfo-cysteine, sulfite, and thiosulfate. Biochem. Med., 1 ( 1967) 187 - 21 7 . Johnson, J.L., K.V. Rajagopalan, H.J. Cohen: Molecular basis of the biological function of molybdenum. Effect of tungsten on xanthine oxidase and sulfite oxidase in the rat. J. Biol. Chem., '249 (1974 a) 859 - 866.
Johnson, J.L., H.J. Cohen, K.V. Rajagopalan: Molecular basis of the biological function of molybdenum. Molybdenum-free sulfite oxidase from livers of tungsten-treated rats. J. Biol. Chem., 249 (1974 b) 5046 - 5055. 137
Johnson, J.L., W.R. Waud, H.J. Cohen, K.V. Rajagopalan: Molecular basis of the biological function of molybdenum. Molybdenum-free xanthine oxidase from livers of tungsten-treated rats. J. Biol. Chem., 249 (1974 c) 5056 - 5061.
Johnson, J.L., K.V . Rajagopalan: Purification and properties of sulfite oxidase from human liver. J. Clin. Invest., 58 (1976 a) 543 - 550. Johnson, J.L., K.V. Rajagopalan: Human sulfite oxidase deficiency. Characterization of the molecular defect in a multicomponent system. J. Clin. Invest., 58 (1976 b) 551 - 556. Johnson, J.L. H.P. Jones, K.V. Rajagopalan: In vitro reconstitution of demolybdosulfite oxidase by a molybdenum cofactor from rat liver and other sources. J. Biol. Chem., 252 (1977) 4994 - 5003.
Jones, H.P., J.L. Johnson, K.V. Rajagopalan: In vitro reconstitution of demolybdosulfite oxidase by molybdate. J. Biol. Chem., 252 (1977) 4988 - 4993. Kovalsky, V.V., J.E. Vorotnitskaya: Induction of the enzymes of purine metabolism by copper and molybdenum. In: Trace elements metabolism in animals. Ed: C.F. Mills Livingstone, Edinburgh (1970) 176 - 179.
Li, T.K., B.L. Vallee: The biochemical and nutritional role of trace elements. In: Modern nutrition in health and disease, Dietotherapy Eds: R.S. Goodhart and M.E. Shills 5th ed., Lea and Febiger, Philadelphia )1973) 372 - 399.
Matrone, G.: Studies on copper-molybdenum-sulphate interrelationships. In: Trace element metabolism in animaIs. Ed.: C.F. Mills, Livingstone Edinburgh (1970) 354 - 361. Mudd, S.H., F . . Irreverre, L. Laster: Sulfite oxidase deficiency in man: demonstration of the enzymatic defect. Science, 156 (1967) 1599 - 1602.
Parker, R., W. Snedden, R.W.E. Watts: The quantitative determination of hypoxanthine. ana. xanthine ("oxypurines") in skeletal muscle from two patients with congenital xanthine oxidase deficiency (xanthinuria). Biochm. J., 116 (1970) 317 - 318.
138
Percy, A.K., S.H. Mudd, F. lrreverre, L. Laster: Sulfite oxidase deficiency: sulfate esters in tissues and urine. Biochem. Med., 2 (1968) 198 - 208.
Rosenblum, W.I.: Neuropathologic changes in a case of sulfite oxidase deficiency. Neurology, 18 (1968) 1187 - 1196.
Schroeder, H.A., A.P. Nason, I.H. Tipton, J.J. Balassa: Essential trace metals in man: zinco Relation to environmental cadmium. J. Chrono Dis., 20 (1967) 179 - 210. Shih, V.E., I.F. Abroms, J.L. Johnson, M. Carney, R. Mandell, R. M. Robb, J.P. Cloherty, K.V. Rajagopalan: Sulfite oxidase deficiency: biochemical and clinical investigations of a hereditary metabolic disorder in sulfur metabolism. New Engl. J. Med., 297 (1977) 1022 - 1028. Underwood, E.J.: Trace elements in human and animal nutrition. Academic Press, New York (1962) 100 - 122.
139
BEPALING VAN DE KOPER- EN ZINK STATUS
C,J.A. van den Hamer
Inleiding De laatste jaren wordt een grote toename in de belangstelling voor metalen gezien. Met name is dit het geval voor zink. Veel situaties zijn herkend waarin de zinkhuishouding verstoord is. Soms komt dit slechts tot uiting in een tijdelijke verandering van de concentratie in -het plasma, soms echter is · het zinkgehalte van het totale organisme veranderd. Meestal is deze verandering een verlaging en soms zelfs een toestand van deficiëntie. Toch kunnen situaties voorkomen waarbij juist een teveel aan zink in het organisme aanwezig is, zoals bij onjuiste suppletie tijdens parenterale voeding of bij de behandeling van patiënten met zink.
Voor koper ligt de situatie anders. Hoewel koper langer in de belangstelling staat is toch het aantal
beschreven
afwijkingen in de koper-huishouding klein
vergeleken met dat in de zinkhuishouding.
Tabel I. Opname via het voedsel in vergelijking tot de lichaamsvoorraad van enkele elementen bij de mens.
Cu
Fe
Zn
Aanbevolen dagelijkse opname via voedsel * (mg)
2
10
15
Hoeveel in het totale organisme (g)
0.1
4
2
*Morse,
1978.
141
Twee redenen kunnen hiervoor worden aangegeven: a. Hoewel voor verschillende groepen van de bevolking diëten met marginaal koper-gehalte zijn beschreven, komt
wanneer men afziet van zeldzame,
extreme condities - deficiëntie bij de mens niet voor. Toch is de dagelijkse behoefte, in vergelijking tot de lichaamsvoorraad (Tabel I) niet veel anders dan voor b.v. het zink. De reden is waarschijnlijk dat de koper-huishouding beter gereguleerd wordt dan die van zink. b. In tegenstelling tot zink komt slechts een klein deel, ca 5%, van het plasmakoper voor los gebonden aan albumine. Acute veranderingen (in één tot enkele dagen) die juist dit koper beinvloeden komen daarom nauwelijks tot uiting in het totale plasma-koper.
Ernstige zink- en koperdeficiënties komen tot uiting in sprekende symptomen. Voor zinkdeficiëntie worden met name huidafwijkingen genoemd. Andere in de literatuur genoemde symptomen zijn opgesomd door van Caillie-Bertrand (1979) en van Loo (1979). Voor koperdeficiëntie worden genoemd anaemie, leukopenie en skeletafwijkingen (Solomons, 1979). Veel bevolkingsgroepen hebben echter suboptimale hoeveelheden zink en/of koper in hun dieet (Klevay e.a., 1979; Holden e.a., 1979; Hunt e.a., 1979). Binnen deze groepen bestaat de 'kans op subclinische deficiënties waarvan de mogelijke gevolgen nog onvoldoende bekend zijn. Verminderde wondheling (van Caillie-Bertrand, 1979) en verhoogde kans op aangeboren afwijkingen (Barness, 1978) worden in de literatuur reeds aan deze deficiënties toegeschreven.
Er bestaat een duidelijke behoefte aan het in een zo vroeg mogelijk stadium vaststellen van afwijkingen in de zink- of koperstatus, zowel in geval van dreigende deficiënties als voor het vermijden van een al te groot surplus zoals b.v. in geval van de bovengenoemde onjuiste dosering bij parenterale voeding of bij behandeling van patiënten met zink of koper. In het , volgende zal nagegaan worden van welke parameters de bepaling zinvol is om een indruk van de zink- of koperstatus te krijgen. Hierbij zal het accent liggen op de mens maar - omdat dit terrein zich nog in een stadium van ontwikkeling bevindt zullen ook enkele parameters genoemd worden die slechts voor proefdier studies bruikbaar zijn. Verder zullen methoden voor het bepalen van de zink-status (in vergelijking tot die van de koper-status), en in het bijzonder die voor het vaststellen van deficiënties, verreweg de meeste aandacht krijgen. Eerst zullen de bepaling van spoorelementen in plasma en de vele beperkingen verbonden aan de toepasbaarheid hiervan besproken worden. Daarna zullen een aantal alternatieve - gedeeltelijk nog weinig toegepaste - parameters voor bepalen van de
142
zink- en koperstatus genoemd worden.
Zink en koper in het plasma Algemeen
Bij de bepaling van zink en koper is het goed het verschil tussen de concentraties in plasma en in serum te realiseren: de zink- en koperconcentraties in serum zijn 5 - 15% hoger dan in plasma. Dit wordt toegeschreven aan verandering van het intracellulaire volume enjof aan metaal dat vrijkomt uit de cellen (Rosenthal en Blackburn, 1974; Foley e.a., 1968). Voor de bepaling van plasmazink moet bovendien haemolyse zo veel mogelijk vermeden worden omdat het zinkgehalte van de erythrocyten veel hoger is dan dat van het plasma. Kosman en Henkin (1979) suggereren zelfs dat de bovengenoemde verschillen tussen plasmaen serum-zink aan onzorgvuldig hanteren te wijten zijn. Verder moet opgemerkt worden dat bij de mens ca 5 % van het koper en ca 60 % van het zink in plasma los aan albumine gebonden voorkomt; het o verige is ingebouwd in resp. ceruloplasmine en u -macroglobuline. 2 Zink
Voor de bepaling van kleine veranderingen in de zink-status heeft het plasmazink slechts beperkte waarde: het wordt door te veel factoren beinvloed. Enkele hiervan zijn: a. voedselopname (Kasperek, 1975); b. diverse pathologische condities, die zeker niet altijd gepaard gaan met deficiëntie (Sandstead e.a., 1976); c. anabolisme (Fell en Burns, 1977); d. dagrithme (Hetland en Brubakk, 1973). Het is echter niet duidelijk in hoeverre dit het gevolg is van voedselopname en/of aktiviteit. De betrekkelijke waarde van het plasma-zink voor het beoordelen van de zinkstatus blijkt ook uit het volgende voorbeeld: Wanneer ratten een zink-arm dieet werden gevoerd (2 Vg Zn/g voer) daalde het plasma-zink in de eerste 24 uur 39%. ~alker en Kelleher (1978) concludeerden dat "plasma zinc falls rapidly following reduced intake and in accurately controlled situations can be used as an indicator of zinc deficiency". Echter wordt per dag door de rat een hoeveelheid zink uit het maagdarmkanaal geabsorbeerd die kleiner is dan 1 % van de totale lichaamsvoorraad (zie voor de mens 143
Tabel I). Waarschijnlijk daalde daarom het plasma-ziRk slechts omdat de absorptie
zeer laag was en de mobilisatie uit de weefsel depots zeer langzaam
ver~
loopt. Van een deficiëntie van het organisme als geheel was nog geen sprake. Door de langzame mobilisatie van zink uit de depots daalt het plasma-zink ook wanneer een grote behoefte aan dit metaal bestaat, b.v. tijdens weefselopbouw of verhoogde aktiviteit van de pancreas na voedselopname. Wolman e.a. (1979) komen bij hun studies over zink en parenterale voeding ook tot de conclusie dat onder de condities van hun studie het plasma-zink gecorreleerd is met de hoeveelheid zink in het infuus en niet met de zink balans en dat het geen betrouwbare index voor depletie is. Solomons (1979) komt tot een zelfde conclusie. Hij wijst verder op de vaak gevonden positieve correlatie tussen het plasma-albumine en het plasma-zink waardoor het moeilijk wordt vast te stellen welk deel van een verlaging van plasma·zink, b.v. bij alcoholische cirrhose, toe te schrijven is aan verlaagde synthese van plasma eiwitten en aan werkelijke zink-deficiëntie.
Koper
Acute veranderingen in plasma-koper zullen niet zo makkelijk optreden omdat slechts 5% van het plasma-koper los aan albumine gebonden voorkomt en het dit koper is dat snel door de weefsels opgenomen of afgegeven kan worden. Het overige (95%) is aanwezig als ceruloplasmine, een plasma eiwit met een biologische halfwaarde tijd van ca 6 dagen. Een duidelijke afname van plasma-koper kan men daarom alleen op langere termijn verwachten, n.l. na depletie van de ceruloplasmine synthetiserende koper-pool in de lever, tenzij b.v. ernstig eiwitlek in de darm plaats heeft. Bij parenterale voeding heeft men geschat dat als gevolg van de koper-deficiëntie het plasma-koper per week met 0,12
~g/ml
kan dalen (Solomons, 1979).
Bepaling van zink en koper in andere materialen dan plasma Erythrocyten
Bij vrijwilligers die een zink-arm dieet gebruikten (Prasad e.a., 1978), bij ondervoede kinderen en bij sickle cell anaemie werd een verlaging van het erythrocyten-zink gevonden. Bij acrodermatitis enteropathica (A.E.) werd zowel vóór als nà zink-therapie een verlaagd erythrocyten-zink gevonden, maar het is niet duidelijk hoelang de therapie geduurd heeft op het moment van monstername 144
(Walravens e.a., 19781. OVer koper zijn zeer weinig gegevens bekend. De aandacht is meer geconcentreerd geweest op de (hypochromel anaemie bij kopergebrek. Bij de ziekte van Menkes werd herhaaldelijk een normaal erythrocyten-koper gevonden (Prins, 1979).
Omdat zink- en koperbepalingen in erythrocyten vaak moeilijker zijn dan in vloeistoffen als plasma zijn deze weinig uitgevoerd en zijn de beschikbare gegevens nog schaars. Het lijkt echter waarschijnlijk dat deze metalen in de erythrocyten, in tegenstelling tot in plasma, niet acute veranderingen zullen reflecteren en dat zij daarom in de toekomst een aantrekkelijke parameter voor de metaalstatus van de patiënt zouden kunnen blijken.
Urine
Bij zinkdeficiëntie is het urine-zink verlaagd, "zoals b.v. gevonden bij onbehandelde A.E. (Walravens e.a., 1978) en bif "experimentele zink-deficiëntie (Prasad e.a., 19781. Echter wordt bij alcoholische cirrhose een laag plasmazink gecombineerd met een hoog urine-zink gevonden. Ook bij weefselafbraak, zoals bij brandwonden of in een post-chirurgische periode, wordt een hoog urinezink gevonden hoewel de totale hoeveelheid zink in het organisme normaal of misschien zelfs verlaagd is (FeIl e.a., 1973; Carr en Wilkinson, 1975). Deze verhoogde uitscheiding van zink wordt toegeschreven aan ultrafiltrabele metabolieten, vrijgekomen bij de
weefselafbraa~
(FeIl, pers.med.). Bij infectie heeft
een verschuiving van zink van plasma naar lever plaats. De resulterende hypozincaemie gaat gepaard met een laag urine-zink zonder dat sprake hoeft te zijn van een deficiëntie. Ritchey
e.a. (1979) toonden dat urine-zink onafhankelijk
is van de hoeveelheid zink per dag via het dieet opgenomen. Zij concludeerden dit echter uit kort-durende experimenten waarin nog geen sprake van een veranderde zink-status kon zijn. Uit het voorgaande moet men concluderen dat ook het urine-zink slechts dan een maat voor de zink-status kan zijn wanneer complicerende factoren afwezig zijn.
Ook bij koper zou de uitscheiding via de urine onafhankelijk van het dieet-kopèr zijn. Evenals het zink is ook het urine-koper verhoogd bij brandwonden (Carr en Wilkinson, 1975). Bij de ziekte van Menkes is de urine-koper normaal (Prins, 1979), bij de ziekte van Wilson en bij acute koper intoxicatie verhoogd.
Verlies van koper en zink via de urine kan vergroot worden door allerlei complexvormers, waaronder medicamenten en de aminozuren in een infuus. Evenals de 145
metabolieten gevormd bij weefselafbraak (zie bovenl kunnen deze complexvormers het beoordelen van de urine-zink en -koper bemoeilijken. Echter wordt de laatste jaren juist deze toename van urine-zink en -koper na toedienen van een complexvormer gepropageerd als parameter voor de metaal-status. Voor koper wordt voor dit doel (met name bij de diagnose van de ziekte van Wilson) oraal b.v. 500 mg D-penicillamine gegeven (Gibbs e.a., 19781. De mogelijkheid de zink-status te bepalen aan de hand van de toename van de urine-zink na parenteraal toedienen van EDTA werd door Lantzsch e.a. onderzocht (1977).
Haar Het metaal in haar kan, evenals dat in erythrocyten, de chronische metaalstatus van het organisme reflecteren. Bijvoorbeeld werden veel kinderen met vertraagde groei en gebrek aan eetlust in een groep met laag zinkgehalte van het haar gevonden (Hambidge e.a., 1972). Ook bij A.E. werd een laag haar-zink gemeld (Walravens e.a., 19781. Bij de ziekte van Wilson vindt men volgens de meeste auteurs een normaal kopergehalte van het haar, maar bij de ziekte van Menkes blijkt dit verlaagd te zijn. Het probleem bij onderzoek naar het metaal-gehalte van haar is de uitwendige contaminatie, niet alleen vanuit de omgeving maar misschien ook via het transpiratievocht. Deze contaminatie speelt met name een rol bij het koper en komt tot uiting in een sterke toename van de koper-concentratie met de afstand tot de haarwortel (McKenzie, 1978). Aan de andere kant is het mogelijk met technieken als PIXE (=particle induced X-ray emission) een lengte-profiel van de metaal-concentratie in haar te bepalen dat - wanneer uitwendige contaminatie vermeden kan worden - een afspiegeling is van de veranderingen in de metaalstatus.
De eenvoud van de monstername is een groot voordeel waardoor analyse van haar vooral voor bevolkingsonderzoek aantrekkelijk is. Echter moet men, vanwege de nog onopgeloste problemen, veel publicaties over haar met argwaan bekijken: nader onderzoek naar b.v. de juiste wijze van monstervoorbereiding lijkt daarom zeer gewenst. Een additioneel probleem is nog de vertraagde groei van haar bij zink-deficiëntie waardoor de concentratie van metaal normaal kan zijn, hoewel per dag minder zink in het haar ingebouwd wordt. Een mogelijke verfijning van de methode is de bepaling van zink (en misschien ook van koper) in haarwortels of melanosomen: de concentraties hierin zijn hoger
146
terwijl de contaminatie uit de omgeving vermeden wordt.
Diversen
Enkele minder gebruikelijke materialen waarin zink of koper is bepaald moeten nog genoemd worden. Een verlaagd zink in
speeksel
werd gevonden bij idiopathi-
sche hypogeusie (Henkin e.a., 19751 en bij vrijwilligers op een zink-arm dieet (Johnston e.a., 19781. Walravens e.a. (1978) meldden een verlaagd zink in de
huid
bij acrodermatitis enteropathica. Een verhoogd koper werd gevonden in
nagels
van patientjes met cystic fibrosis (van Stekelenburg e.a., 1975). Het
lijkt mogelijk dat deze verhoging een afspiegeling is van een verhoogde koperexcretie via het transpiratievocht. Voor nagels gelden uiteraard dezelfde opmerkingen als voor haar: makkelijk af te nemen maar grote kans op contaminatie. Het zink in de
leucocyten
is hoog en werd daarom wel voorgesteld als maat voor
de zink-status. Bij vrijwilligers op een zink-arm dieet werd inderdaad een laag 10 zink (~g Zn/10 cellen) i~ de leucocyten gevonden (prasad e.a., 1978r.
Bij proefdieren is - wanneer men bereid is het dier op te offeren - de keuze van te analyseren materialen ruimer. Het zink-gehalte van diverse weefsels is voorgesteld als parameter voor de zink-status, maar vooral het zinkgehalte van het
bot -
met name het dijbeen - wordt vaak bepaald. Bij de rat wordt een
lineaire verband gevonden tussen de logarithme van de hoeveelheid zink per bot (niet per gram bot!) en de hoeveelheid zink in het dieet (Turnlund en Margen, 1979). Het zink gaat tijdens de resorptie van het bot hieruit verloren en wordt - bij een laag zink-gehalte van het dieet
in mindere mate opnieuw in-
gebouwd (Turnlund en Margen, 1979). Vaak blijft bij deze experimenten de groei van de zink-deficiënte dieren achter bij die van de (pair-fed) controles. Uit het werk van b.v.
Mom~ilovi6
e.a. (1976) en van Tsai en Lei (1979) blijkt
echter dat verminderde .groei van het dier (en dus ook van het bot) geen voorwaarde is voor het vinden van een verlaagde hoeveelheid zink in het bot. Deze laatste auteurs toonden verder aan dat voor het schatten van de koper-status het koper-gehalte van de lever maar niet dat van het bot kan dienen.
Bepaling van biochemische parameters Wanneer de metaalconcentratie in een weefsel daalt wordt de voorraad minder, maar de resterende hoeveelheid kan echter nog voldoende zijn voor allerlei physiologische functies. Daarom,als de vraag is of functies in het gedrang 147
dreigen te komen en niet of voorraden beginnen te verminderen, kan het nuttig zijn meer specifieke testen uit te voeren. Zij kunnen in twee categorieën
ver~
deeld worden: a. de bepaling van de concentraties van enzymen en andere eiwitten; b. de bepaling van meer complexe functies.
Bepaling van enzymen en andere eiwitten De bepaling in plasma van het alkalische fosfatase (A.F.l, een zink-enzym, wordt het meest toegepast. Verlaging van het A.F. bij zink-gebrek wordt door een groot aantal publicaties gedocumenteerd. Beschreven zijn o.a. een verlaging bij experimentele zink-deficiëntie (prasad e.a., 1978), bij A.E. (Walravens e.a., 1978) en bij parenterale voeding zonder voldoende spoorelement suppletie (Engels, 1978; Bos e.a., 1977). Meestal worden de uitkomsten vergelijkenderwijs gebruikt, b.v. vóór en nà zink-therapie of als functie van tijd tijdens het ontstaan van een toestand van deficiëntie. Het voordeel van de bepaling van A.F. boven die van zink in plasma zelf is dat de resultaten minder onderhevig zijn aan snelle - van uur tot uur - veranderingen in concentratie. Bij éénmalige metingen gaan andere factoren die het A.F. belnvloeden (groei, leverfunctie, e.a.) een belangrijke rol spelen. Het lijkt daarom dan ook wel uitgesloten op basis van de A.F.-bepaling een beginnende zink-deficiëntie te kunnen constateren.
Andere enzymen waarvan de bepaling werd gebruikt als parameter voor de zinkstatus zijn ribonuclease in plasma en koolzuur-anhydrase in erythrocyten (Solomons, 1979). De ribonuclease activiteit in plasma stijgt bij
zink~
deficiëntie omdat dit enzym door zink wordt geremd. Verhoging van de activiteit van dit enzym zou (medel oorzaak zijn van de verminderde eiwit aanmaak bij zink-deficiëntie. Over de toepasbaarheid van deze twee enzymen voor onderzoek van de zink-status is nog weinig bekend. Meer is gedaan aan de evaluatie van het retinol bindend protein (RBP) inplasma, vooral sinds het commercieel beschikbaar komen van een immunologische (Mancini) bepaling. Het RBP zelf is geen zink-eiwit, maar de concentratie ervan is waarschijnlijk afhankelijk van een andere stap in de vitamine-A stofwisseling, n.l. van de activiteit van het zink-enzym retinal reductase. De vraag is nog of het de RBP-concentratie in plasma uitsluitend afhankelijk is van de zink-status of dat deze ook daalt bij verlaagde leverfunctie, zoals bij alcoholische cirrhose (Brissot e.a., 1978). Als maat voor de koper-status komt vooral de bepaling van het ceruloplasmine 148
in plasma en - in mindere mate - van het
cytochrome-c-reductase, b.v. in leuco-
cyten, in aanmerking. Doordat vrijwel alle plasma-koper als ceruloplasmine voorkomt maakt het meestal geen verschil of cerulopasmine of koper bepaald wordt.
Bepaling van meer complexe functies
opname in vitro van 65 Zn door erythrocyten is voorgesteld als maat voor de
De
zink-status. De uitvoering is tamelijk simpel , maar volgens Chester en Will (1978) heeft de methode weinig voordeel boven de bepaling van plasma-zink of A.F.: de drie methoden worden vaak door dezelfde, los van de zink-status staande, condities beinvloed.
Voorbeelden van meer exotische indicatoren voor de zink-status zijn: de
taxis van macrophagen, de morphologie van epitheelcellen en de
eiwi~
chemo-
collageen,
DNA en RNA gehaltes van in een geimplanteerd sponsje gevormd bindWeefsel (5010mons, 1979). Het lijkt echter onwaarsthijnlijk dat op grond van deze testen een zink-deficiëntie vastgesteld zal worden.
' Bij zink-deficiënte dieren wordt een verhoogde excretie van sulfaat via de urine gevonden. Hsu en Anthony (1970) vonden dat zink-deficiënte ratten na een .
.
~nJec
° t'~e van 35 5 -cyst~ne meer 35 S
.
~n
de
.
ur~ne
Ot sc h e~°dd en en zeer vee 1
u~
. d er
m~n
355 in de eiwitten van de huid incorporeerden. Het is gesuggereerd dat hierop een test voor deficiëntie gebaseerd zou kunnen worden. Het gebruik van 355 heeft echter voor de mens duidelijk bezwaren. Maar ook in geval van proefdieren zal nog aangetoond moeten worden dat de test ook bruikbaar is voor oude, weinig groeiende dieren: Hsu deed zijn experimenten met jonge, snel groeiende dieren (zie ook Hsu, 1976).
Dynamische parameters Als essentieel element is zink in het organisme onderhevig aan homeostatische mechanismen: de mate van absorptie (en waarschijnlijk ook excretie; Evans e.a., 1979) is afhankelijk van de zink~status . Hierop berusten methoden voor het schatten van deze zink-status.
Een orale dosis zink leidt tot een tijdelijke verhoging van het plasma-zink. Volgens Wilkins e.a.
(1972) is bij de rat het maximum dat bereikt wordt hoger
bij zink-deficiënte dieren. Als maat voor de zink-status is deze methode echter 149
slechts toepasbaar wanneer complicerende omstandigheden afwezig zijn, zoals b.v. malabsorptie. Ook bij cirrhose-patienten werd - tegen verwachting - een lager maximum gevonden dan bij controles (Sullivan e.a., 1979), hetgeen misschien te verklaren is met het verlaagde plasma-albumine. Details van de uitvoering van de deze test zijn besproken door Oehlshlegel en Brewer (1977). De test wordt duidelijk veel gevoeliger door gebruik van radioactief zink ( *Zn)
(Hallmans en Wing,
1979; van den Hamer e.a., in voorbereiding), doordat de stijging van het te meten zink dan niet gesuperponeerd is op het reeds aanwezige plasma-zink.
Na een orale dosis
*Zn
kan ook de totale hoeveelheid
* Zn
in het organisme be-
paald worden, b.v. met een "whole body counter" of door bepaling van de som van alle excretie. Registreert men de hoeveelheid
* Zn
in het organisme als functie
van tijd sinds toedienen van de dosis, dan kunnen in de curve twee delen onderscheiden worden: de excretie via de faeces van
*Zn
dat nooit geabsorbeerd was
(een proces dat enkele dagen duurt) en. de excretie van het
*Zn
dat reeds in de
bloedbaan en de weefsels was opgenomen.
Men kan het
* Zn
ook intraveneus geven. De relatie tussen de hoeveelheid
het lichaam (de retentie
=
* Zn
in
R) en de tijd blijkt dan als som van twee exponenti-
ële functies te kunnen worden voorgesteld (Arvidsson e.a., 1978):
R
hetgeen uiteraard een sterk vereenvoudigde afspiegeling van de werkelijkheid is. Hierin is Al een makkelijk uitwisselbare zink pool (halveringstijd ca 25 dagen), die o.a. het plasma-zink bevat en die ca 1/5 van het totale zink in het organisme (1,5 - 2,0 g) uitmaakt; A is een tweede pool (halveringstijd ca 300 da2 gen), die het overige zink bevat (de gegeven getallen gelden voor de mens).
Het percentage
*Zn
(b.v. gemeten met een "whole body counter") da·t na orale
toediening geabsorbeerd wordt hangt af van de hoeveelheid zink in het organisme, weer
voo~opgesteld
zou de
*Zn
dat geen malfunctie van het maagdarmkanaal bestaat. Overigens
absorptie volgens Evans e.a. (1979) geen goede maat zijn voor de
totale absorptie van zink. Ook de r e tentie van eenmaal geabsorbeerd of i.v. toegediend
* Zn
hangt af van de zink-status (Sullivan en Heaney, 1970). Dit zal
echter voor een deel verklaard kunnen worden door een verhoogde reabsorptie van via endogene excretie (b.v. via de pancreas) uitgescheiden zink. Omdat de (re-) absorptie van zink echter in de eerste instantie afhangt van de plasma-zink concentratie die, zoals boven besproken, niet noodzakelijk een afspiegeling is van de zink-status, moeten parameters zoals het percentage absorptie en de 150
mate van retentie met enige voorzichtigheid gehanteerd worden. Tenslotte is ook de turnover snelheid van i.v. toegediend
*Zn
als maat voor de zink-status ge-
bruikt. Reeds in 1963 rapporteerden Prasad e.a. op grond van hun experimenten met 65 zn bij zink-deficiënte kinderen met dwerggroei een verhoogde turnover van het plasma-zink.
De bovengenoemde parameters zijn slechts een afspiegeling van de hoeveelheid zink in het organisme. Methoden om de absolute hoeveelheid zink te schatten in de twee bovengenoemde pools (Al en A ) zouden wenselijk zijn. Enkele pogingen in 2 deze richting zijn reeds gedaan. Kennedy e.a. (1978) gaan uit van het eerder genoemde twee-compartimentenmodel. Zij maken ook enige veronderstellingen, waarvan de belangrijkste is dat de specifieke activiteit van het
* Zn
in pool Al
(waarvan plasma een deel is) en die ,van de urine gelijk zijn, een veronderstelling die volgens Sullivan en Heany (1970) 1 à 2 dagen na toedienen van het juist is. Uit de als functie van tijd gemeten hoeveelheden in urine en plasma en de hoeveelheid
* Zn
* Zn
*Zn
en totaal zink
irt -het hele organisme berekenen zij
voor rheumatoide arthritis en osteoarthritis patienten een hoeveelheid zink in het lichaam van ongeveer 1 - 1,5 g. Sullivan en Heaney (1970l kwamen op basis van meting van de specifieke activiteit van het plasma en van de excretie van
*Zn
e n van totaal zink tot de conclusie dat bij de door hun onderzochte patien-
ten (lever cirrhose) de zink pool slechts 0,2 g was. Echter duidden zij zelf reeds aan dat dit waarschijnlijk slechts een deel van het totale zink betekent, hetgeen ook niet anders te verwachten was gezien de relatief korte meetduur van ca 10 dagen.
In geval van koper zijn o.a. pogingen gedaan de hoeveelheid van dit metaal te bepalen in die pool in de lever waaruit het koper voor de synthese van het plasma eiwit ceruloplasmine wordt betrokken (Vierling e.a., 1978). Het staat vast dat i.v. toegediend radioactief koper in deze pool sterker verdund wordt d.w.z. dat deze pool groter is - in geval van b,v. de ziekte van Wilson, waarbij ophoping van koper in het gehele lichaam plaats heeft. Hoe echter de grootte van deze pool beinvloed wordt door koperdeficiëntie is niet bekend.
Conclusie en samenvatting Klinische verbetering na toediening van therapeutische doses zink of koper lijkt een overtuigend bewijs te zijn dat een toestand van deficiëntie bestond (Solomons, 1979). Men zou echter al vóór het optreden van symptomen een 'i ndicatie van het bestaan van een (subklinische) deficiëntie willen hebben. Veel
151
werk is besteed aan het vinden van een indicator voor een dergelijke deficiëntie. In het voorgaande werd een overzicht gegeven van een aantal parameters, in gebruik of voorgesteld, voor het schatten van de hoeveelheid zink (en in mindere mate van de hoeveelheid koper) in ons lichaam. De eenvoudige metingen zoals de bepaling van metaal in plasma of urine of van alkalische phosphatase in plasma, leiden slechts onder bepaalde omstandigheden tot het doel: meestal zijn zij slechts vergelijkenderwijs te gebruiken, zoals voor longitudinale studies. Bovendien is van de meeste van deze indicatoren de gevoeligheid onvoldoende om een vroegtijdige waarschuwing te kunnen geven.
De dynamische parameters lijken voor de toekomst de beste kansen te bieden. De tot nu toe beschreven methoden zullen echter nog geperfectioneerd moeten worden. Verder zal veel meer ervaring - met name met controles en pati e nten met een bekende afwijking in de metaal-status - opgedaan moeten worden. Als bezwaar van deze methoden kan aangevoerd worden dat men zeer lang - meerdere maanden - metingen moet verrichten om tot een betrouwbare schatting van de totale hoeveelheid zink in het lichaam te komen (Kennedy e.a., 1978). In de praktijk hoeft dit bezwaar niet altijd te gelden: men is dan immers in de eerste plaats geinteresseerd in de metaalpools (weefsels) waarin de turnover matig of snel is. In de pools met langzame turnover zal pas na langdurige of ernstige deficiëntie een verandering optreden en voor deze situaties zullen de eenvoudige methoden vaak toereikend zijn. Verder onderzoek zal dus met name gericht moeten zijn op het verbeteren van technieken voor het bepalen van de eerst genoemde pools, die met matige of snelle turnover.
Naast de dynamische parameters zullen op den duur ongetwijfeld technieken gevonden worden die een beginnende deficiëntie aantonen, zoals b.v. de bepaling van een specifiek enzym. Pogingen deze te vinden zal echter tot op zekere hoogte een kwestie van trial and error zijn.
Literatuur Arvidsson, B.,
R.
Cederblad, E. Björn-Rasmussen, B. Sandström: A radionuclide
technique for studies of zinc absorption in man. Int. J. Nucl. Med. Biol., 5 (1978) 104 - 109.
Barness, L.A.: Zinco Pediatrics, 62 (1978) 408 - 412.
152
Bos, L.P., W.A. van Vloten, A.F.D. Smit, M. Nubé: Zinc deficiency with skin lesions as seen in acrodermatitis enteropathica, and intoxication with zinc during parenteral nutrition. Neth. J. Med., 20 (1977) 263 - 266.
Brissot, P., A. LeTreut, G. Dien, M. Cottencin, M. Simon , M. Bourel: Hypovitaminemia A in idiopathic hemochromatosis and hepatic cirrhosis. Digestion, 17 (1978) 469 - 478.
Caillie-Bertrand, M. van: Zinc deficiency. Dit symposium.
Carr, G., A .W. Wilkinson: Zinc and copper urinary excretions in children with burns and scalds. Clin. Chim. Acta , 61 (1975) 199 - 204 .
Chesters, J.K., M. Will: The assessment of zinc status of an animal from the uptake of 65zinc by the cells of whole blood in vitro. Br. J. Nutr., 38 (1978) 297 - 306
Engels, L.G.J.: Deficiëntie van spoorelementen bij langdurige parenterale voeding . In: Stofwisseling van metalen. Absorptie van metalen uit het maagdarmkanaal bij de mens. Eds: C.J.A. van den Hamer, J.J.M. Marx. DUP, Delft (1978) 85 - 97.
Evans, G.W., E.C. Johnson, P.E. Johnson: Zinc absorption in the rat determined by radioisotope dilution. J. Nutr., 109 (1979) 1258 - 1264.
Feil, G.S. , R.R. Burns: Zinc and other trace elements. In: Advances in parenteral nutrition . Ed.: I.D.A. Johnston.
(1977) 241 - 263.
Feil., G.S. , A. Fleck, D.P. Cuthbertson, K. Queen, C. Morrison, R.G. Bessent, S.L. Husain: Urinary zinc leve l s as an indicator of muscle catabolism. Lancet (1973) i, 280 - 282.
Foley, B., S.A. Johnson, B. Hackley, J.C. Smith, Jr., J.A. Halsted: Zinc content of human platelets. Proc . Soc. Exp. Biol. Med., 128 (1968) 265 - 269 .
Gibbs, K., R. Hanka, J.M. Walshe: The urinary excretion of radiocopper in presymptomatic and symptomatic Wilson's disease, heterozygotes and controls: its significance in diagnosis and management. Quart. J. Med ., New Ser., 47 (1978) 349 - 364. 153
Hallmans, G., K.R. Wing: Effects of early wound healing and wound treatment with zinc tape on intestinal absorption and distribution of zinc in rats. Acta Dermatovener., 59 (1979) 105 - 124. Hambidge, K.M., C. Hambidge, M. Jacobs, J.D. Baum: Low levels of zinc in hair, anorexia, poor growth and hypogeusia in children. Pediatr. Res., 6 (1972) 868 874.
Henkin, R.I., C. Mueller, R. Wolf: Estimation of zinc concentration of parotid saliva by flameless atomie absorption spectrophotometry in normal subjects and in patients with idiopathic hypogeusia. J. Lab. Clin. Med., 86 (1975) 1 75 - 180.
Retland,
0.,
E. Brubakk: Diurnal variation in serum zi.nc concentration. Scand.
J. Clin. Lab. Invest., 32 (1973) 225 - 226.
Holden, J.M., W.R. Wolf, W. Mertz: Zinc and copper in self-selected diets. J.
Am. Dietet. Ass., 75 (1979) 23 - 28.
Hsu, J.M.: Zinc as related to cystine metabolism. In: Trace elements in human health and disease, vol. I. Ed.: A.S. Prasad. Academie Press, New York (1976) 295 - 309. 35 Hsu, J.M., W.L. Anthony: Zinc deficiency and urinary excretion of taurine_ s 35 35 and inorganic sulfate- s following cystine- S injection in rats. J. Nutr., 100 (1970) 1189 - 1196.
Hunt, I.F., N.J. Murphy, J. Gomez, J.C. Smith, Jr.: Dietary zinc intake of lowincome pregnant women of Mexican descent. Am. J. Clin. Nutr., 32 (1979) 1511 1518.
Johnston, P.J., J. Freeland, M.L. Ebangit: Saliva: a diagnostic tooi evaluating zinc status in man. Fed. Proc., 37 (1978)
~53.
Kasperek, K.: Probleme der Homöostase essentielier Spurenelemente. In: Spurenelemente in der Entwicklung von Mensch und Tier. Eds: K. Betke, F. Bindlingmaier. Urban und Schwarzenberg, München (1975) 121 - 136.
Kennedy, A.C., R.G. Bessent, P. Davis, P.M.G. Reynolds: The estimation of wholebod y
· z~nc
' . r h eumato~'d and andz~nc turnover ~n
Br. J. Nutr., 40 (1978) 115 - 123. 154
. .us~ng . osteoarthr~t~s
65 Zn tracer.
· Klevay, L.M., S.J. Reck, D.F. Barcome: Evidence of dietary copper and zinc deficiencies. J. Am. Med. Assoc., 241 (19791 1916 - 1918.
Kosman, D.J., R.l. Henkin: Plasma and serum zinc concentrations. Lancet (1979) i, 1410.
Lantzsch, H.-J., H. Schenkel, K.H. Menke: Untersuchungen zur Charakterisierung des Zink-Versorgungsstatus mit Hilfe von Chelatbildnern. Z. Tierphysiol. Tierernährg. Futtermittelk., 38 (1977) 106 - 118.
Loo, J. van: Adema disease, mogelijk model voor acrodermatitis enteropathica. Dit symposium. McKenzie, J.M.: Alteration of the zinc and copper concentration of hair. Am. J. Clin. Nutr., 31 (1978) 470 - 476.
Momëilovié, B., B. Belonje, A. Giroux, B.G. Snah: Bioavailability of zinc "in milk and soy protein-based
inf~t
formulas. J. Nutr., 106 (1976) 913 - 917.
Morse, H.: Absorption and utilization of trace elements: ani mal studies and problems. In: Stofwisseling van metalen. Absorptie van metalen uit het maagdarmkanaal bij de mens. Eds: C.J.A. van den Hamer, J.J.M. Marx. DUP, Delft (1978) 111 - 119. Prasad, A.S., A. Miale, Jr., Z. Farid, H.H. Sandstead, A,R. Schulert: Zinc metabolism in patients with the syndrome of iron deficiency anemia, hepatosplenomegaly, dwarfism and hypogonadism. J. Lab. Clin. Med., 61 (1963) 533 - 549.
Prasad, A.S., P. Rabbani, A. Abbasii, E. Bowersox, M.R.S. Fox: Experimental zinc deficiency in humans. Ann. Int. Med., 89 (1978) 483 - 490.
Prins, H.W.: Ziekte van Menkes: koperdeficiëntie en koperstapeling. Dit symposium.
Ritchey, S.J., M.K. Korslund, L.M. Gilbert, D.C. Fay, M.F. Robinson: Zinc retention and losses of zinc in sweat by preadolescent girls. Am. J. Clin. Nutr ., 32 (1979) 799 - 803. Rosenthal , R.W., A. Blackburn: Higher copper concentrations in serum than in plasma. Clin. Chem., 20 (1974) 1 233 - 1234. 155
Sandstead, H.H., K.P. Vo-Khactu, N. Solamons: Conditioned zinc dericiencies. In: Trace elements in human health and disease, vol. I. Ed.: A.S. Prasad. Academic Press, New York (1976) 33 - 49. Solomons, N.W.: On the assessment of zinc and copper nutriture in man. Am. J. Clin. Nutr., 32 (19791 856 - 871. Stekelenburg, G.J. van, A.J.B. van de Laar, J. van der Laag: Copper analysis of nailclippings: an attempt to differentiate between normal children and patients suffering from cystic fibrosis. Clin. Chim. Acta, 59 (1975) 233 - 240. Sullivan, J.F., R.P. Heaney: Zinc metabolism in alcoholic liver disease. Am. J. Clin. Nutr., 23 (1970) 170 - 177. Sullivan, J.F., M.M. Jetton, R.E. Burch: A zinc tolerance test. J. Lab. Clin. Med., 93 (1979) 485 - 492. Tsai, R.C.Y., K.Y. Lei: Dietary cellulose, zinc and copper: effects on tissue levels of trace minerals in the rat. J. Nutr., 109 (1979) 1117 - 1122. Turnlund, J., S. Margen: Effect of glucocorticoids and zinc deficiency on femur and liver zinc in rats. J. Nutr., 109 (1979) 467 - 472. Vierling, J.M., R. Shrager, W.F. Rumble, R. Aamodt, M.D. Berman, E.A. Jones: Incorporation of radiocopper into ceruloplasmin in normal subjects and in patients with primary biliary cirrhosis and Wilson's disease. Gastroenterology, 74 (19781 652 - 660. Walker, B.E., J. Kelleher: Plasma, whole blood and urine zinc in the assessment of zinc deficiency in the rat. J. Nutr., 108 (1978) 1702 - 1707. Walravens, P.A., K.M. Hambidge, K.H. Neldner, A. Si lverman , W.J. Van Doorninck, G. Mierau, B. Favara: Zinc metabolism in acrodermatitis enteropathica. J. Pediatr., 93 (1978) 71 - 73. Weismann, K., H. H~yer: Serum alkaline
phosphatase activity in acrodermatitis
enteropathica: · an index of the serum zinc level. Acta Dermatovener, , 59 (1978) 89 - 90. Wilkins, P.J., P.C. Grey, I.E. Dreosti: Plasma zinc as an indicator of zinc status in rats. Br. J. Nutr., 27 (1972) 113 - 120. Wolman, S.t., G.H. Anderson, E.B. Marliss, K.N. Jeejeebhoy: Zinc in total parenteral nutrition: requirements and metabolic effects. Gastroenterology, 76 (1979) 458 - 467. 156
De afwijkingen die ontstaan bij een tekort aan een bepaald nutriënt geven veelal belangrijke informatie over de biologische functies . Met name van metalen, die meestal slechts in sporenhoeveelheden in het lichaam voorkomen, hebben de veranderingen die. bij deficiëntie-ziekten optreden ons veel geleerd over deze functies. Hierbij ~s gebleken dat er, naast uitgesproken verschillen~ duidelijke overeenkomsten bestaan in de fysiologische eigenschappen. Daarnaast treden er zowel onder normale als pathologische omstandigheden interacties op tussen de metalen. In dit boek wordt een overzicht gegeven van de ziekten die optreden bij een deficiëntie van ijzer, calcium, magnesium, zink, koper, mangaan, seleen en molybdeen. In deze literatuuroverzichten krijgen de pathofysiologische aspecten ruime aandacht, alsmede de huidige inzichten omtrent diagnostiek en therapie. ~
Delftse Universitaire Pers
