מגנזיום (Mg) נתגלה לראשונה מחוץ לעיר היוונית Magnesia. בזמן עתיק השתמשו במגנזיום כחומר משלשל וכגבישי מלחי מגנזיום. בשנות ה-1600 מי המעיין אֶפּסוׄן באנגליה נתגלו כמים מרפאים. מגנזיום בודד ממי מעיין זה כמגנזיום סולפט בשנת 1695 על ידי Nehemia Grew. בשנת 1808 הוא בודד כתחמוצת על ידי סיר Humphrey Dawy. בשנת 1915, Richard Willstatter זכה בפרס נובל על תיאור מבנה הכלורופיל בצמחים, בציינו את מגנזיום כיסוד המצוי במרכז התרכובת.
אם כי מגנזיום לא קבל אותו פרסום כמו סידן ונתרן, הוא משחק בשקט תפקיד חשוב מאד בבריאות האדם. מגנזיום הוא קטיון1 דו-ערכי, המצוי בתאי הגוף בכמות השנייה בגודלה (אחרי אשלגן). מגנזיום הוא אחד המינרלים המַקְרוֹ (macro-mineral) החיוניים2 בגופנו. הוא דרוש בגוף בכמויות הגדולות יותר בהרבה מאשר אלה של יסודות הקורט3. נמצא בגוף האדם בכמות ממוצעת של 25 גרם. כ-99% מסך המגנזיום בגוף מצוי בעצמות, בשרירים וברקמות הרכות שאינן שריר. כ-60%-50% מהמגנזיום מצוי בשלד והיתר, ברקמות הרכות, כשפחות מ-1% מצוי בדם. ששים אחוז מהמגנזיום בדם מצוי במצב חופשי, בו בזמן ש-33% קשור לחלבונים, ופחות מ-7% קשור לציטראט, בּיקַרְבּוׄנָט, 4ATP (adenosine triphosphate) ופוספט (זרחה). כ-5% מתכולת המגנזיום בתאי הגוף מצוי במצב חופשי. רק מגנזיום חופשי יכול להשתתף בתהליכים ביולוגיים ופיסיולוגיים בגוף.
מגנזיום בנסיוב5 (serum) מייצג כ-0.3% מכלל המגנזיום בגוף. למרות שבדיקות המגנזיום בנסיוב הן שימושיות באבחון מחסור קליני חמור במגנזיום, הן עלולות שלא לייצג באופן מהימן את מצב המגנזיום בגוף, כיון שבבני אדם בריאים הרמות בדם נשמרות בטווח התקין, הן בצריכה מועטה והן בצריכה עודפת. למרות זאת, הבדיקה בסרום משמשת כשיטה סטנדרטית להערכת מצב המינרל, כיון שהינה מעשית וזולה. רמות תקינות של מגנזיום בדם הן 1.8 עד 2.3 מיליגרם/דציליטר.
במבוגרים, דרישות הגוף לצריכת מגנזיום נעות בין 400-300 מיליגרם ליום, בהתאם לגיל, מגדר, מבנה הגוף, צרכים פיזיולוגיים והבדלים אינדיבידואליים בספיגה והפרשה. צריכת ה-RDA המומלצת מעל גיל 30 לגברים היא 420 מיליגרם ליום, ו-360 מיליגרם לנשים. צריכה עודפת של מגנזיום מהמזון אינה גורמת לרעילות. התפתחות מצב של רמות גבוהות מאד של מגנזיום בדם (היפֶּרמַגנֶזֶמיה) נדיר מאד באנשים עם תפקוד כלייתי תקין. צריכת כמויות גדולות של תוספי מגנזיום עלולה לגרום לתופעות לוואי בקרב חולי אי-ספיקת כליות. תופעות הלוואי העיקריות הן ו הפרעות במערכת העיכול, כולל שלשול, התכווצויות בטן ובחילה, ובעלייה גדולה בריכוזו (כ-4.9 עד כ-8.5 מיליגרם לדציליטר), לבלבול, אובדן תיאבון, קשיי נשימה, חולשת שרירים, לחץ דם נמוך ובמקרים חמורים דום לב. הכמות המֵרבית (tolarable upper intake level –UL) לצריכת מגנזיום מתוספים נקבעה כ-350 מיליגרם ליום. אם כי, במצבים מסוימים נדרשת תוספת גדולה יותר ליום, וזה מתבצע בדרך כלל בפיקוח רפואי.
סקירה, שהתפרסמה ב-Nutrients, מציינת כי מאזן המגנזיום בגוף נשמר על ידי המעי, העצם והכליות. המגנזיום הנצרך, נספג בעיקר במעי הדק, בין 76%-24%; היתר מסולק בצואה. יש לציין כי ספיגתו אינה פרופורציונלית לצריכתו אלא למצבו בגוף. מאזן המגנזיום בדם מבוקר על ידי הפרשתו בשתן.
מקורות במזון
מגנזיום מצוי במגוון גדול של מזונות, אולם תכולתו במזונות שונה באופן משמעותי. מגנזיום קשור לתרכובת הפּוׄרפירין בכלורופיל (כמו שהברזל קשור להֶאם בהמוגלובין), ולכן ירקות עליים ירוקים עשירים במגנזיום. גם דגנים לא מעובדים ואגוזים עשירים במגנזיום, בו בזמן שבשר, עמילנים וחלב הם בעלי תכולה בינונית יותר. מים הם מקור צריכה משתנה, כשמים 'קשים' מכילים בדרך כלל ריכוזים גבוהים יותר של מלחי מגנזיום.
פעילויות ביולוגיות ופיסיולוגיות של מגנזיום
הפעילויות הביולוגיות והפיסיולוגיות של מגנזיום מתוארות בשלוש סקירות, Advances in Clinical Chemistry, Nutrients ו-Advances in Nutrition.
למגנזיום תכונות פיזיו-כימיות מיוחדות, הכוללות בין השאר, תנועתיות גבוהה וזיקה גבוהה להיקשרות (high binding affinity) לתרכובות מקשרות המכילות חמצן (oxygen containing ligands), כגון מים ותרכובות פחמן, גפרית וזרחן. למרות, שספיגתו העיקרית היא במעי הדק, ספיגה חוזרת בכליה והיזון-חוזר שלילי6 גם כן מסייעים בוויסות המאזן שלו.
מגנזיום משמש קופקטור7 למאות אנזימים8, והוא מווסת פעילותיהם של מאות תגובות ביוכימיות בגוף.
פעילויות ביולוגיות של מגנזיום
1. יוצר כּילאט9 חזק עם ATPי (MgATP),שמהווה קומפלקס הדרוש לאנזימים המגבילים תגובות ביוכימיות (rate limiting enzymes), כמו קינָזות.
2. משחק תפקיד חשוב במטבוליזם הפחמימות ומשפיע על מטבוליזם הגלוקוז (סוכר); הוא מווסת פעילות האנזימים המגבילים תגובות ביוכימיות המעורבות בגליקוליזה10, מאזן גלוקוז ופעילות אינסולין; וכמו כן, מגנזיום מגביר את זיקת האינסולין לקולטן (receptor) שלו ומשפר את הרגישות של האינסולין.
3. מייצב חלבונים, חומצות גרעין וממברנות ביולוגיות.
4. מעורב בסינתזה והפרשה של נוירוטרנסמיטורים11, כולל סֶרוׄטוׄנין, נוׄראֶפּינֶפְרין ודוׄפָּמין; בתפקידו זה יש לו כנראה השפעה על מצבים, כמו דכאון במובן של מצב רוח רע.
5. פועל כקופקטור במספר אנזימים המעורבים במטבוליזם הליפידים (טריגליצרידים, LDL-כולסטרול ו-HDL-כולסטרול). לדוגמא, בהיותו קו-פקטור של האנזים ליפּוׄפּרוטֶאין ליפּאז12, מגנזיום משפיע על מטבוליזם הליפידים וקליטתם בכבד. בנוסף, מניחים כי מגנזיום יוצר במעי, סבון בלתי מסיס עם שומנים וכולסטרול, ועל ידי כך מקטין ספיגתם וכמו גם את צריכת האנרגיה.
6. משחק תפקיד עקיף חשוב בהפיכת רֶטיקוּלוׄציטים (תאי דם אדומים לא בשלים) לאֶריטְׄרוציטים (תאי דם אדומים) בוגרים, כיון שבתהליך זה קיימת דרישה גבוהה לגלוקוז.
7. עשוי להיות בעל תפקיד מכריע בסינתזה של לימפוציטים (תאי דם לבנים) ושגשוגם.
8. חיוני למטבוליזם העצם ובנייתה מחדש (remodelling). בעצם, מגנזיום מהווה חלק מגביש ההידרוֹקְסיאָפֶּטיט (המרכיב העיקרי של העצם). מחסור במגנזיום עלול לפגוע ביציבות ההידרוקסיאפטיט. מלבד תפקידו המבני הזה, מגנזיום חיוני לתאי האוׄסְטֶאוׄבְּלַסְטים (תאים יוצרי עצם האחראיים לבניית העצם) והאוׄסְטֶאוׄקְַלסְטים (תאים סופגי/מפרקי עצם). בסקירות, שהתפרסמו ב-Nutrients וב-Advances in Nutrition, מצוין כי במחקרי שלד, מחסור במגנזיום נמצא כקשור בפעילות גבוהה יותר של האוסטאוקלסטים, פעילות נמוכה יותר של האוסטאובלסטים, צפיפות מינרלים קטנה יותר בעצם ושבירוּת גדולה יותר של העצם. צריכה נמוכה של מגנזיום מביאה גם להתמיינות קטנה יותר של הסחוס ומצע העצם (matrix). למגנזיום יש גם השפעה עקיפה בכך שהוא מווסת את מאזן הסידן על ידי מעורבותו בפעילות הורמון בלוטות יותרת התריס (parathyroid hormone – PTH) וויטמין D. העצה המסורתית היא לשמור על צריכה ביחס של סידן-מגנזיום קרוב ל-2 על מנת לשמור על בריאות אופטימלית, ולא רק זו של העצם.
פעילויות פיזיולוגיות של מגנזיום
מגנזיום הוא בעל חשיבות פיזיולוגית גדולה מאד. הוא מעורב במסלולים מטבוליים רבים, כולל ייצור אנרגיה, סינתזה של חומצות גרעין13 וחלבון, העברת יונים14(ion transport) והעברת מסרים בין תאים (cell signaling). יש לו גם תפקודים מבניים (structural functions) בעצם, בקרומיות התא (cell membranes) ובכרומוזומים15. לכן, נוכחותם של יוני מגנזיום חיונית בְּ-: א. מטבוליזם הפחמימות והשומן; ב. ייצור חלבונים, אנזימים, וחומרים נוגדי חימצון (antioxidants), כגון גלוּתָטיוׄן; ג. ייצור DNA ו-RNA; ד. וויסות ייצור כולסטרול; ה. העברת מסרים (impulses) בין תאי העצב; ו. התכווצות שרירים; ז. וויסות פעילות הסידן.
1. ייצור אנרגיה – מטבוליזם הפחמימות והשומנים לייצור אנרגיה דורש מספר תגובות כימיות התלויות במגנזיום. מגנזיום דרוש ל-ATPי (adenosine triphosphate), היחידה הבסיסית של אנרגיה בתאי הגוף. הצורה בה ATP מופיע בדרך כלל היא MgATP.
2. DNA ו-RNA – מגנזיום דרוש במספר שלבים של סינתזת ה-DNA וה-RNA והחלבון. יציבות ה-DNA תלויה בחלקה במגנזיום. מגנזיום מתפקד גם כקופקטור בתיקון נזקי ה-DNA. ביחד עם ה-ATP הוא גם מסייע בייצור ה-RNA והחלבון בגוף.
3. מערכות מעבר יונים – סקירה, שהתפרסמה ב-Nutrients, מציינת כי מגנזיום דרוש במעבר פעיל של יונים, כמו אשלגן וסידן דרך קרומיות התא. במסגרת תפקידו זה, מגנזיום משפיע על הולכה חשמלית של מסרים עצביים, התכווצות שרירים וקצב לב תקין. להעברת מסרים בין תאים נדרש הקומפלקס של MgATP לצורך זִרחוּן חלבונים וייצור cyclic adenosine monophosphate (יcAMP) (המולקולה המעבירה מסרים בין תאים). מולקולת ה-cAMP מעורבת בתהליכים רבים, כולל הפרשת הורמון בלוטות יותרת התריס (parathyroid hormone – PTH) מבלוטות יותרת התריס.
4. נדידת תאים (cell migration) – רמות הסידן והמגנזיום בנוזל הבין-תאי (interstitial fluid) משפיעות על נדידת סוגי תאים שונים. השפעה זו על נדידת תאים יכולה להיות חשובה, למשל, בריפוי פצעים.
5. מאזן המינרלים בגוף – מאזן המינרלים בגוף חיוני לשמירה על חיי התא. בכל תא בגוף צריך להישמר מאזן תקין של האלקטרוליטים16 (נתרן, אשלגן, כלור, סידן, מגנזיום, גופרית וזרחן). אלקטרוליטים, בנוסף לתפקידם כקופקטורים לאנזימים, הם משתתפים, בין השאר, בשמירה על ה-17pH של הדם, מאזן הנוזלים בגוף, בקרישת הדם, בתפקוד השרירים, כגון קצב הלב (כידוע, הלב הוא שריר) ותדירות התכווצותו, וכן עירור עצב-שריר (neuromuscular excitability).
6. תפקוד תקין של אֶנְדוׄתֶל18 כלי-הדם – במצב תקין, אנדותל כלי-הדם מעודד במקרה הצורך הרפיית כלי-הדם (למשל בזמן התעמלות) ומעכב היווצרות קרישי דם. לעומת זאת, מצב של תפקוד לא תקין של האנדותל גורם להתכווצות נרחבת של כלי-הדם ולהפרעות בקרישת-הדם. קיימת עדות ברורה, כי מחסור במגנזיום מעודד עקה חימצונית19 (oxidative stress) בתאים רבים, כולל תאי האנדותל, דבר המביא לעודף רדיקלים חופשיים המפעילים מסלולים מעודדי דלקת (inflammation) והיווצרות קרישי דם, אשר מצדם גורמים לתפקוד לקוי של האנדותל.
7. שמירה על מערכת קרדיו-ווסקולרית (מערכת הלב וכלי הדם) תקינה – על פי סקירה שהתפרסמה ב-Nutrients, תפקידיו של מגנזיום במערכת הקרדיו-ווסקולרית הם: א. בקרה על משאבת הלב; ב. וויסות תנועת האשלגן בתאי הלב; ג. הגנה מפני עקה (stress); ד. הרפיית כלי-הדם הכליליים וההיקפיים; ה. הפחתה בצבירת טסיות הדם (platelet aggregation).
8. וויסות דלקת מערכתית (regulation of systemic inflammation) וחיזוק המערכת החיסונית – סקירה, שהתפרסמה ב-European Journal of Clinical Nutrition, מציינת כי מספר קבוצות מוליכות בתזונה ואימונולוגיה הוכיחו כי למגנזיום יש תפקיד מפתח בתגובה החיסונית, כי הוא מעורב במספר תהליכים במערכת החיסונית, כמו סינתזה של אימוּנוׄגְלוׄבּוּלינים20, תגובת המַקְרוׄפָגים21 וקשירת הקומפלקס נוגדן-אנטיגן22-קוׄמְפְּלֶמֶנְט23 לקולטנים (receptors) המצויים על תאי הדם האדומים. הסיבה בעטיה שיערו החוקרים שקיים קשר בין מגנזיום לבין תפקוד המערכת החיסונית מבוססת על הממצאים שמחסור במגנזיום מביא להיווצרות מוגברת של דלקת. מרבית המחקרים נערכו במודלים של בעלי חיים. המחקרים בבני אדם אינם כה מרובים והם מתמקדים בעיקר בספורטאים, קשישים, וקבוצות סיכון אחרות, כמו נשים בהריון וילדים, וכן מתמקדים הם בתגובה חיסונית ובהפרעות בריאותיות, כמו אלרגיה, בהן למגנזיום יש תפקיד חשוב. מגנזיום משחק תפקיד מגן בתגובות אלרגיות. תוספת מגנזיום נמצאה כיעילה כטיפול נלווה לטיפול תרופתי במחלות ריאה, כמו אסתמה. במחקר יוזמת הבריאות של נשים (Women Health Initiative – WHI) בקרב נשים בגילאי 79-50 שנה, שהתפרסם ב-Diabetes Care, בהשוואה לצריכה הנמוכה ביותר של מגנזיום (צריכה חציונית של כ-169 מיליגרם ליום), צריכה גבוהה יותר של מגנזיום (צריכה חציונית של כ-300 מיליגרם ליום) הייתה קשורה ברמות נמוכות יותר של סממנים ביולוגיים של דלקת, חלבון מגיב סי בעל רגישות גבוהה (high sensitivity c-reactive protein – hsCRP), אינטרלאוקין-6 (IL-6) ו- TNF-alpha-r2 – יTumor necrosis factor alpha- receptor 2. החוקרים תומכים ברעיון שיש לעודד דיאטות עשירות במזונות עתירי מגנזיום, כולל דגנים מלאים, אגוזים וירקות עליים ירוקים למניעת מחלות מטבוליות.
9. שמירה על רמות גלוקוז בדם והפרשת אינסולין ופעילותו – סקירה, שהתפרסמה ב-Diabetes, Obesity and Metabolism , מציינת כי מצב מאוזן של מגנזיום מהווה תנאי מוקדם למטבוליזם תקין של פחמימות. מחסור במגנזיום קשור בתנגודת לאינסולין24 (insulin resistance). מחקרים קודמים דיווחו כי צריכה נמוכה של סידן, מגנזיום וסיבים תזונתיים עלולה להיות קשורה בתנגודת לאינסולין, וכי תוספת מגנזיום וסידן שפרה את הרגישות לאינסולין. במטא-אנליזה של 15 מחקרי עוקבה פרוספקטיביים, שהתפרסמה ב-Journal of Nutrition, צריכה גבוהה יותר של מגנזיום הייתה קשורה ברמות נמוכות יותר בצום של גלוקוז ואינסולין. כל עלייה ב-50 מיליגרם ליום בצריכת מגנזיום הייתה קשורה בירידה ברמות בדם של גלוקוז בצום ב-0.16 מיליגרם/דציליטר.
10. קידום בניית העצם והשיניים – מגנזיום וסידן מבטיחים את חוזק העצם על ידי הגברת צפיפות המינרלים בה ושומרים על בריאותה במעגל החיים. בשיניים, מגנזיום מהווה חלק מגביש ההידרוֹקְסיאָפֶּטיט באמייל השן ובדנטין.
11. פעילות תקינה של בלוטות יותרת התריס (parathyroid glands) ומטבוליזם ויטמין D – סקירה, שהתפרסמה ב-Advances in Nutrition, מציינת כי מטבוליזם תקין של ויטמין D זקוק למגנזיום לסינתזה שלו ולמטבוליזם הורמון יותרת בלוטות התריס. מגנזיום דרוש להפיכת ויטמין D לצורתו הפעילה, כדי שזו מצדה תאפשר ספיגת סידן במעי. רמות נמוכות של מגנזיום בדם ידועות כגורמות לרמות נמוכות של סידן, תנגודת להורמון בלוטות יותרת התריס ולתנגודת למספר השפעות של ויטמין D. כאשר מתפתחת היפּומָגְנֶזֶמיה (רמות נמוכות של מגנזיום בדם) בלוטות יותרת התריס מגבירות את הפרשת ה-PTH, ובעקבות כך מתרחשת יציאת סידן מהעצם על מנת לווסת את רמות הסידן בדם שחייבות להיות קבועות. הצורה הפעילה של ויטמין D מזרזת גם את ספיגת המגנזיום במעי. מצד שני, מגנזיום כקופקטור, דרוש על מנת שויטמין D ייקשר לחלבון הטרנספורט שלו.
המשך הדיון במגנזיום מובא בחלק ב'.
1קטיון – אטום בעל מטען חיובי.
2מינרל חיוני – רכיב תזונה אנאורגני הדרוש בכמות קטנה לפעילות הביולוגית התקינה, שאין האדם (או בעל חיים) מסוגל לסנתז וממילא חייב לצרוך במזון.
3יסוד קורט (microelement) – מינרל חיוני שריכוזו בגוף נמוך מ-0.01%; דרוש בכמות יומית עד 20 מ"ג.
ATP4 – הוא מולקולה שתפקידה לאחסן ולהעביר אנרגיה כימית בתאי הגוף לצורך מטבוליזם ופעילויות היום-יום.
5נסיוב – מרכיב של הדם, הנבדל מהפלסמה בכך שאינו מכיל חומרי קרישה.
6היזון-חוזר שלילי – מנגנון וויסות פיזיולוגי; למשל, כאשר יש עלייה בריכוז בדם, שיעור הספיגה במעי יורד.
7קופקטור – הוא חומר שחייב להיות נוכח בכמות מתאימה כדי שאנזים מסוים יוכל לפעול (בהיקשרו לאנזימים הוא מפעיל אותם).
8אנזימים – אנזים הוא חלבון אשר בכמות קטנה גורם או מזרז תהליך ביוכימי, בלי שהוא עצמו יהיה מעורב בו.
9כילאט – תרכובת מורכבת (complex) המכילה תרכובת מקשרת (ligand), בדרך כלל תרכובת אורגנית, הקשורה לאטום מתכת מרכזי במקום אחד או יותר.
10גליקוליזה – תהליך בסיסי להפיכת גלוקוז לאנרגיה בגוף.
11נוירוטרנסמיטורים – חומרים כימיים המופרשים מקצות העצבים ומעבירים אותות עצביים לעצבים אחרים, לשרירים ולמבנים אחרים.
12ליפופרוטאין ליפאז – אנזים המפרק טריגליצרידים (שומנים) וליפופרוטאינים בעלי צפיפות נמוכה (LDL-כולסטרול – הכולסטרול הרע).
13חומצות גרעין – תרכובות אורגניות המצויות בכל התאים ומהוות את החומר התורשתי של כל יצור חי בטבע. חומצות הגרעין החשובות ביותר הן DNA ו-RNA.
14יונים – יון הוא אטום בעל מטען חשמלי; יון חיובי הוא אטום בעל מטען חשמלי חיובי, ויון שלילי הוא אטום בעל מטען חשמלי שלילי.
15כרומוזומים – כרומוזום הוא מבנה דמוי חוט בתוך גרעין התא, המכיל את המידע הגנטי בצורת גנים. הכרומוזום בנוי משתי כרומטידות אחיות זהות; הכרומטידות מורכבות מסליל כפול של DNA וחלבון, כשהגנים מסודרים לאורכן; הגרעין של כל תא בגוף האדם מכיל 46 כרומוזומים, 23 שמקורם באם ו-23 שמקורם באב.
16אלקטרוליטים – מינרלים חיוניים בעלי מטען חשמלי; הם מצויים בדם, בשתן ובנוזלי הגוף.
pH17 – מדד לרמת החומציות של תמיסה מימית.
18אנדותל – שכבת תאי חיפוי המרפדת את דפנות כלי-הדם וחדרי הלב.
19עקה חימצונית (oxidative stress) – עקה חימצונית, הנוצרת על ידי רדיקלים חופשיים, מוגדרת כחוסר שיווי משקל בין הפעילות החימצונית המתבצעת לצורך הרחקת גורמים מזיקים לבין הפעילות הנוגדת חימצון, כאשר מתרחשת פעילות-יתר חימצונית.
20אימונוגלובולינים – קבוצת חלבונים (IgA, IgD, IgE, IgG, IgM) שפועלים כנוגדנים, כשלכל אחד מהם תפקיד שונה; IgA למשל, מגן, מפני זיהומי ריריות הפה, מערכת העיכול ודרכי הנשימה.
21מקרופגים – סוג של תאי דם לבינים,שהם תאים בלענים קבועים המצויים ברקמות שונות ותאים נודדים המתרכזים במוקדי זיהום ומסלקים חיידקים וגופים זרים אחרים.
22אנטיגן – חומר זר המעורר יצירת נוגדנים.
23קומפלמנט – מגביר את פעילותם של הנוגדנים בסילוק חיידקים ותאים פגומים, מעודד דלקת ומתקיף את ממברנת הפלסמה של הפתוגן (גורם מחולל מחלה).
24תנגודת לאינסולין – מצב בו כמות האינסולין המופרשת על ידי הלבלב יכולה להיות תקינה, נמוכה או אפילו גבוהה, אבל תפקודו מופרע.
