Дефицит цинка определяется либо как недостаточное количество цинка для удовлетворения потребностей организма, либо как уровень цинка в сыворотке ниже нормы. Однако, поскольку снижение концентрации сыворотки обнаруживается только после длительного или сильного истощения, цинк в сыворотке не является надежным биомаркером статуса цинка. [1] К распространенным симптомам относится учащение диареи. Дефицит цинка влияет на кожу и желудочно-кишечный тракт; мозг и центральную нервную систему, иммунную, скелетную и репродуктивную системы.
Дефицит цинка у людей вызван снижением потребления с пищей, недостаточным усвоением, повышенной потерей или повышенным использованием систем организма. Наиболее распространенной причиной является снижение потребления с пищей. В США рекомендуемая суточная норма потребления (RDA) составляет 8 мг/день для женщин и 11 мг/день для мужчин. [2]
Самая высокая концентрация диетического цинка содержится в устрицах , мясе , бобах и орехах . Увеличение количества цинка в почве и, следовательно, в сельскохозяйственных культурах и животных является эффективной профилактической мерой. Дефицит цинка может затронуть до 2 миллиардов человек во всем мире. [3]
Дефицит цинка может проявляться в виде акне , [4] экземы , ксероза (сухой, шелушащейся кожи), себорейного дерматита , [5] или алопеции (тонких и редких волос). [5] [6] Он также может ухудшить или, возможно, предотвратить заживление ран. [6]
Дефицит цинка может проявляться в виде неспецифических язв полости рта , стоматита или белого налета на языке. [5] Редко это может вызвать ангулярный хейлит (язвы в углах рта). [7]
Тяжелый дефицит цинка может нарушить обоняние [6] и вкус . [8] [9] [10] [11] [12] [13] Куриная слепота может быть признаком тяжелого дефицита цинка, [6] хотя большинство сообщений о куриной слепоте и аномальной темновой адаптации у людей с дефицитом цинка возникали в сочетании с другими дефицитами питательных веществ (например, витамина А ). [14]
Нарушение иммунной функции у людей с дефицитом цинка может привести к развитию респираторных, желудочно-кишечных или других инфекций, например, пневмонии. [6] [15] [16] Уровни воспалительных цитокинов (например, IL-1β , IL-2 , IL-6 и TNF-α ) в плазме крови зависят от дефицита цинка, а добавление цинка вызывает дозозависимый ответ на уровень этих цитокинов. [17] Во время воспаления увеличивается клеточная потребность в цинке, а нарушение гомеостаза цинка из-за дефицита цинка связано с хроническим воспалением. [17]
Дефицит цинка способствует увеличению частоты и тяжести диареи. [15] [16]
Дефицит цинка может привести к потере аппетита. [18]
Когнитивные функции, такие как обучение и гедонистический тонус , нарушаются при дефиците цинка. [3] [19] Умеренный и более тяжелый дефицит цинка связан с поведенческими отклонениями, такими как раздражительность, вялость и депрессия (например, включающая ангедонию ). [20] Добавки цинка вызывают быстрое и резкое улучшение гедонистического тона (т. е. общего уровня счастья или удовольствия) при этих обстоятельствах. [20] Сообщалось, что добавки цинка улучшают симптомы СДВГ и депрессии. [3] [21] [22]
Низкий уровень цинка в плазме, как утверждается, связан со многими психологическими расстройствами. Шизофрения связана с пониженным уровнем цинка в мозге. [23] Данные свидетельствуют о том, что дефицит цинка может играть роль в депрессии. [23] [24] [25] Добавки цинка могут быть эффективным средством лечения тяжелой депрессии. [26] [27]
Дефицит цинка у детей может вызвать задержку роста [5] и считается причиной задержки роста у трети населения мира. [28]
Дефицит цинка во время беременности может негативно влиять как на мать, так и на плод. Исследования на животных показывают, что дефицит цинка у матери может нарушить как последовательность, так и эффективность процесса родов. У животных с дефицитом цинка была зарегистрирована повышенная частота тяжелых и продолжительных родов, кровотечений, дистоции матки и отслойки плаценты . [29] Эти эффекты могут быть опосредованы дефектным функционированием эстрогена через рецептор эстрогена, который содержит белок цинкового пальца . [29] Обзор результатов беременности у женщин с энтеропатическим акродерматитом показал, что из каждых семи беременностей был один аборт и две сбои, что позволяет предположить, что человеческий плод также подвержен тератогенным эффектам тяжелого дефицита цинка. Однако обзор испытаний добавок цинка во время беременности не показал значительного влияния добавок цинка на выживаемость новорожденных. [29]
Дефицит цинка может нарушать многие метаболические процессы, если он возникает в младенчестве и детстве, в период быстрого роста и развития, когда потребности в питании высоки. [30] Низкий уровень цинка у матери связан с меньшим вниманием в неонатальный период и худшей двигательной функцией. [31] В некоторых исследованиях добавки были связаны с развитием двигательной функции у младенцев с очень низкой массой тела при рождении и более энергичной и функциональной активностью у младенцев и детей ясельного возраста. [31]
Цинк необходим для выработки тестостерона. Таким образом, дефицит цинка может привести к снижению уровня циркулирующего тестостерона, что может привести к половой незрелости, гипогонадизму и задержке полового созревания . [5]
Дефицит цинка может быть вызван рационом с высоким содержанием цельного зерна, содержащего фитат , продуктами, выращенными на почве с дефицитом цинка, или обработанными пищевыми продуктами, содержащими мало или совсем не содержащими цинка. [32] [33] По консервативным оценкам, 25% населения мира подвержены риску дефицита цинка. [34]
В США рекомендуемая суточная норма потребления (РСД) составляет 8 мг/день для женщин и 11 мг/день для мужчин. РСД для беременных составляет 11 мг/день. РСД для кормящих грудью составляет 12 мг/день. Для младенцев до 12 месяцев РСД составляет 3 мг/день. Для детей в возрасте от 1 до 13 лет РСД увеличивается с возрастом от 3 до 8 мг/день. [2] В следующей таблице обобщены большинство продуктов со значительным количеством цинка, перечисленных в порядке количества на порцию, без обогащения. [35] Обратите внимание, что все 10 лучших записей — это мясо, бобы или орехи.
Результаты последних исследований показывают, что увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере усугубит проблемы дефицита цинка у населения, потребляющего зерновые и бобовые в качестве основных продуктов питания . Метаанализ данных 143 исследований, сравнивающих содержание питательных веществ в травах и бобовых, выращенных в условиях окружающей среды и с повышенным содержанием CO2 , показал, что съедобные части пшеницы, риса, гороха и сои, выращенных в условиях повышенного содержания CO2 , содержат меньше цинка и железа. [37] Ожидается, что глобальная концентрация CO2 в атмосфере достигнет 550 ppm в конце 21-го века. При этом уровне CO2 содержание цинка в этих культурах было на 3,3–9,3% ниже, чем в культурах, выращенных в современной атмосфере. Модель влияния этих более низких количеств цинка на питание населения 151 страны предсказывает, что еще 175 миллионов человек могут столкнуться с дефицитом цинка в рационе в результате увеличения содержания CO2 в атмосфере . [ 38]
Энтеропатический акродерматит — это наследственный дефицит белка-переносчика цинка ZIP4 , приводящий к недостаточному усвоению цинка. [6] Он проявляется задержкой роста, тяжелой диареей, выпадением волос, кожной сыпью (чаще всего вокруг гениталий и рта), а также оппортунистическим кандидозу и бактериальными инфекциями. [6]
Многочисленные заболевания тонкого кишечника, которые вызывают разрушение или нарушение функции энтероцитов слизистой оболочки кишечника и генерализованную мальабсорбцию, связаны с дефицитом цинка. [ необходима цитата ]
Физические упражнения, чрезмерное употребление алкоголя и диарея увеличивают потерю цинка из организма. [5] [39] Изменения всасываемости и проницаемости желудочно-кишечного тракта, вызванные, отчасти, вирусными, простейшими или бактериальными патогенами, также могут способствовать потере цинка с калом. [40]
Механизм дефицита цинка при некоторых заболеваниях до конца не изучен; он может быть многофакторным. [ необходима цитата ]
Болезнь Вильсона , серповидноклеточная анемия , хроническое заболевание почек , хроническое заболевание печени — все они связаны с дефицитом цинка. [41] [42] Это также может произойти после бариатрической хирургии , воздействия ртути [43] [44] и тартразина. [ необходима ссылка ]
Хотя незначительный дефицит цинка часто встречается при депрессии, низкий уровень цинка может быть как причиной, так и следствием психических расстройств и их симптомов. [24]
Поскольку биосистемы не способны хранить цинк, необходимо его регулярное потребление. Чрезмерно низкое потребление цинка может привести к дефициту цинка, что может негативно повлиять на здоровье человека. [45] Механизмы клинических проявлений дефицита цинка лучше всего оценить, признав, что цинк функционирует в организме в трех областях: каталитической, структурной и регуляторной. [2] [46] Цинк (Zn) распространен только в своем окислительном состоянии +2, где он обычно координируется с тетраэдрической геометрией. Он важен для поддержания основных клеточных функций, таких как репликация ДНК , транскрипция РНК , деление клеток и активация клеток. Однако слишком много или слишком мало цинка может привести к нарушению этих функций.
Цинк является критическим компонентом каталитического участка сотен видов различных металлоферментов в каждом человеке. В своей структурной роли цинк координируется с определенными доменами белка, облегчая сворачивание белка и производя структуры, такие как «цинковые пальцы». В своей регуляторной роли цинк участвует в регуляции нуклеопротеинов и активности различных воспалительных клеток. Например, цинк регулирует экспрессию металлотионеина, который имеет множество функций, таких как внутриклеточная компартментализация цинка [47] и антиоксидантная функция. [48] [49] Таким образом, дефицит цинка приводит к нарушению сотен метаболических путей, вызывая многочисленные клинические проявления, включая нарушение роста и развития, а также нарушение репродуктивной и иммунной функции. [5] [50] [51]
Pra1 (pH-регулируемый антиген 1) — это белок Candida albicans , который поглощает цинк хозяина. [52]
Диагноз обычно ставится на основании клинического подозрения и низкого уровня цинка в крови. Любой уровень ниже 70 мкг/дл (норма 70-120 мкг/дл) считается дефицитом цинка. Однако адекватных биомаркеров цинка мало , а наиболее широко используемый индикатор, плазменный цинк, имеет низкую чувствительность и специфичность . [53] Дефицит цинка также может быть связан с низким уровнем щелочной фосфатазы , поскольку он действует как кофактор для этого фермента. [ необходима цитата ]
Дефицит цинка можно классифицировать как острый, который может возникнуть при длительном неправильном полном парентеральном питании без цинка ; или хронический, который может возникнуть при дефиците питания или недостаточном усвоении. [28]
Можно использовать пять стратегий вмешательства:
Дефицит цинка поражает около 2,2 миллиарда человек по всему миру. [3] Тяжелый дефицит цинка встречается редко и в основном наблюдается у людей с энтеропатическим акродерматитом, серьезным дефектом всасывания цинка из-за врожденного дефицита белка-переносчика цинка ZIP4 в энтероците . [5] Легкий дефицит цинка из-за сниженного потребления с пищей встречается часто. [5] По консервативным оценкам, 25% населения мира подвержены риску дефицита цинка. [34] Обеспечение людей микроэлементами, включая цинк, является одним из четырех решений основных глобальных проблем, определенных в Копенгагенском консенсусе международной группы экономистов. [57]
Значимые исторические события, связанные с дефицитом цинка, начались в 1869 году, когда впервые было обнаружено, что цинк необходим для роста организма Aspergillus niger . [58] В 1929 году Лутц измерил цинк в многочисленных тканях человека с помощью метода дитизона и оценил общее содержание цинка в организме мужчины весом 70 кг в 2,2 грамма. В 1933 году было обнаружено, что цинк необходим для роста крыс. [59] В 1939 году у пациентов с бери-бери в Китае было отмечено снижение уровня цинка в коже и ногтях. В 1940 году уровень цинка в серии вскрытий показал, что он присутствует во всех исследованных тканях. В 1942 году исследование показало, что большая часть экскреции цинка происходит через кал. В 1950 году впервые был определен нормальный уровень цинка в сыворотке, который составил 17,3–22,1 микромоль/литр. В 1956 году у пациентов с циррозом печени был обнаружен низкий уровень цинка в сыворотке. В 1963 году было установлено, что цинк необходим для роста человека, были описаны три фермента, требующие цинка в качестве кофактора, и был опубликован отчет о 21-летнем иранце с задержкой роста, инфантильными гениталиями и анемией, которые были устранены добавлением цинка. [60] В 1972 году было сообщено о пятнадцати иранских призывниках, отвергнутых в армию, с симптомами дефицита цинка: все они отреагировали на цинк. В 1973 году был описан первый случай энтеропатического акродерматита из-за тяжелого дефицита цинка. В 1974 году Национальная академия наук объявила цинк необходимым элементом для человека и установила рекомендуемую суточную норму. В 1978 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами потребовало, чтобы цинк присутствовал в общих жидкостях для парентерального питания. В 1990-х годах все больше внимания уделялось роли дефицита цинка в детской заболеваемости и смертности в развивающихся странах. [61] В 2002 году белок-транспортер цинка ZIP4 был впервые идентифицирован как механизм абсорбции цинка в кишечнике через базолатеральную мембрану энтероцита. К 2014 году было идентифицировано более 300 ферментов, содержащих цинк, а также более 1000 факторов транскрипции, содержащих цинк. [ необходима цитата ]
В 1960 году было обнаружено, что фитат удаляет цинк из питательных веществ, которые давали курам и свиньям. Однако то, что он может вызывать дефицит цинка у человека, не было обнаружено до работы Рейнхольда в Иране в 1970-х годах. Это явление является центральным в высоком риске дефицита цинка во всем мире. [62]
Почвенный цинк является важным микроэлементом для сельскохозяйственных культур. Почти половина мировых зерновых культур испытывают дефицит цинка , что приводит к низкой урожайности. [63] Многие сельскохозяйственные страны по всему миру страдают от дефицита цинка . [64] В Китае дефицит цинка наблюдается примерно на половине сельскохозяйственных почв, в основном затрагивая рис и кукурузу. Районы с почвами с дефицитом цинка часто являются регионами с широко распространенным дефицитом цинка у людей. Базовые знания о динамике цинка в почвах, понимание поглощения и переноса цинка в сельскохозяйственных культурах и характеристика реакции сельскохозяйственных культур на дефицит цинка являются важнейшими шагами в достижении устойчивых решений проблемы дефицита цинка у сельскохозяйственных культур и людей. [65]
Внесение цинкового удобрения в почву и на листья может эффективно увеличить содержание цинка в зерне и снизить соотношение фитата и цинка в зерне. [66] [67] У людей, которые едят хлеб, приготовленный из пшеницы, обогащенной цинком, наблюдается значительное увеличение содержания цинка в сыворотке. [ необходима цитата ]
Удобрение цинком не только увеличивает содержание цинка в культурах с дефицитом цинка, но и повышает урожайность. [65] Сбалансированное питание культур, обеспечивающее всеми необходимыми питательными веществами, включая цинк, является экономически эффективной стратегией управления. Даже при использовании сортов с высоким содержанием цинка цинковые удобрения необходимы, когда доступный цинк в верхнем слое почвы истощается.
Селекция растений может улучшить способность растений поглощать цинк в почвенных условиях с низкой химической доступностью цинка. Селекция также может улучшить транслокацию цинка, что повышает содержание цинка в съедобных частях растений по сравнению с остальными частями растения.
Центральная Анатолия в Турции была регионом с почвами с дефицитом цинка и широко распространенным дефицитом цинка у людей. В 1993 году исследовательский проект показал, что урожайность может быть увеличена в 6-8 раз, а питание детей резко возросло за счет цинкового удобрения. [68] Цинк добавлялся в удобрения. Хотя изначально продукт был доступен по той же цене, результаты были настолько убедительными, что турецкие фермеры значительно увеличили использование обогащенного цинком удобрения (1 процент цинка) в течение нескольких лет, несмотря на переоценку продуктов, чтобы отразить добавленную стоимость содержания. Почти через десять лет после выявления проблемы дефицита цинка общий объем цинксодержащих комплексных удобрений, произведенных и примененных в Турции, достиг рекордного уровня в 300 000 тонн в год. По оценкам, экономические выгоды, связанные с применением цинковых удобрений на почвах с дефицитом цинка в Турции, составляют около 100 миллионов долларов США в год. Дефицит цинка у детей резко сократился.