Selen – rola biologiczna, znaczenie w medycynie i stomatologii na podstawie piśmiennictwa

Se lenium – its role in biology, medicine and dentystry according to literatureZakład Propedeutyki i Profilaktyki Stomatologicznej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu MedycznegoKierownik Zakładu dr hab. n. med. prof. nadzw. WUM Leopold Wagner

1

Selen (Se) został odkryty w 1918 r. przez szwedzkiego chemika J. J. Berzeliusa. Początkowo, aż do lat trzydziestych XX wieku uznawano, iż posiada on wyłącznie toksyczne działanie. Wykazano, że niektóre regionalne choroby zwierząt hodowlanych są następstwem spożywania przez nie paszy o wysokiej zawartości pierwiastka. Zwierzęta traciły sierść, chudły, ich kopyta ulegały deformacji. Prócz tego, występowały u nich zaburzenia układu nerwowego, koordynacji ruchowej i upośledzenie widzenia, obserwowano również zmiany w narządach wewnętrznych (35, 40). Dopiero w latach 50. odkryto, że selen jest niezbędnym składnikiem pożywienia zwierząt, a w roku 1973 również człowieka, gdy L. Flohe wyizolował pierwszy selenoenzym – peroksydazę glutationową (39).

Obecnie selen nazywany jest pierwiastkiem życia, zaliczany jest do mikroelementów, czyli pierwiastków niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania organizmów żywych.

Trwałe związki tworzy na -2, +4 i +6 stopniu utlenienia. Może występować w formie nieorganicznej, np. jako selenki metali, seleniny (IV), seleniny (VI) oraz w formie organicznej, np. jako związki metylowe, aminokwasy selenowe, selenoproteiny. Pierwotnym źródłem selenu w środowisku są wyziewy i lawa wulkaniczna. Osiąga on różne zakresy stężeń w powietrzu, wodzie oraz glebie zależnie od regionu geograficznego. Zawartość w glebie zmienia się w najszerszym zakresie od 0,1 mg/kg do 1200 mg/kg, od niskich wartości do toksycznych dla zwierząt i człowieka (26, 32).

Głównym źródłem selenu dla człowieka jest woda i dieta. Pierwiastek ten pobierany jest z gleby przez rośliny i dalej wzdłuż łańcucha pokarmowego transportowany do organizmu ludzkiego. Rośliny pobierają nieorganiczne związki selenu i przekształcają je w formy organiczne, głównie w selenometioninę i selenocysteinę (10, 42). W produktach pochodzenia zwierzęcego mogą występować również połączenia nieorganiczne: siarczki, wielosiarczki i selenki metali (23).

Zawartość selenu w pokarmach roślinnych i zwierzęcych jest zmienna, zależy, m.in. od poziomu tego pierwiastka w glebie przeznaczonej do uprawy, czynników klimatyczno-glebowych,

warunków hodowli oraz zastosowanych procesów technologicznych. Wpływa na nią również przetwarzanie surowców żywnościowych. Podczas obróbki cieplnej traci się ok. 40% pierwiastka, przy czym najmniejsze straty występują podczas gotowania, największe przy smażeniu i pieczeniu (20).

Selen łatwo łączy się z proteinami, dlatego żywność o dużej zawartości białka, a więc mięso, podroby, ryby oraz owoce morza stanowią jego bogate źródło. W znacznej ilości występuje również w produktach zbożowych. Mniejsze stężenie selenu zawierają warzywa i owoce, choć nie należy zapominać o produktach pochodzenia roślinnego, które kumulują selen, takich jak brokuły, kapusta, czosnek czy grzyby (12, 20).

Analizując rolę selenu jako niezbędnego składnika organizmu ludzkiego, należy pamiętać, że zarówno nadmiar, jak i niedobór tego pierwiastka wywiera niekorzystne działanie. Przewlekłe narażenie na selen tzw. selenoza wywołuje niedokrwistość, zanik narządów miąższowych, zaburzenia żołądkowo-jelitowe, kardiomiopatie, zesztywnienie i bóle stawowe, wypadanie owłosienia, czerwone zabarwienie paznokci, zębów i włosów oraz próchnicę zębów o szybkim przebiegu (19, 41). Na niedobór selenu organizm może reagować bolesnością mięśni, osłabieniem, uczuciem permanentnego zmęczenia, podatnością na choroby wirusowe i bakteryjne (3, 39). Przy skrajnie niskim poziomie pierwiastka we krwi ok. 11 μg/l, gdy norma wynosi 60-105 μg/l (37) zaobserwowano występowanie na terenach Chin dwóch endemicznych chorób: choroby Keshan – kardiomiopatii i choroby Keshin-Beck´a – choroby układu kostno-stawowego (37).

W międzynarodowych standardach żywieniowych przyjmuje się w związku z tym, iż dzienna podaż selenu powinna mieścić się w przedziale 50-200 μg/dobę. Selen podawany w stężeniach powyżej 600 μg/dobę staje się jednym z najbardziej toksycznych pierwiastków (42). W Polsce jego stężenie w glebie jest dość niskie, dlatego średnia zawartość Se w diecie wynosi tylko 40 μg/dobę, a jego poziom we krwi zamieszkujących tu osób, około 80-90 μg/l (12).

Mikroelement ten można oznaczać we krwi, moczu i włosach (23). Jednak selen

2

jako pierwiastek nie wykazuje działania biologicznego w organizmie ludzkim. Aktywność biologiczną wykazują jedynie jego związki, najczęściej selenocysteina i selenometionina wbudowane w białka (12). Poziom selenu w surowicy krwi nie odzwierciedla więc faktycznego statusu pierwiastka w ustroju. Czynione są próby znalezienia markerów niedoboru selenu. Obecnie uważa się, że niski poziom peroksydazy glutationowej oraz zaburzenia metabolizmu hormonów tarczycy (zakłócenie konwersji tyroksyny w trójjodotyroninę) mogą być wyznacznikiem niedoboru selenu w organizmie (12).

Tkanki wychwytują i kumulują pierwiastek pod postacią selenobiałek. Do tej pory znanych jest około 35 selenoprotein obecnych w organizmach żywych, choć budowę i funkcję w pełni poznano tylko 11 z nich. Jako składnik selenobiałek pierwiastek ten odgrywa rolę zarówno strukturalną, jak i enzymatyczną. Najważniejsza jego funkcja związana jest jednak z tworzeniem silnego antyutleniacza, wchodzi on bowiem w skład centrum aktywnego peroksydazy glutationowej biorącej udział w detoksykacji wolnych rodników i nadtlenków (7, 16, 30). Zmniejszenie ilości selenu w pożywieniu przyczynia się do obniżenia aktywności peroksydazy glutationowej, co pociąga za sobą wzrost stężenia wolnych rodników w organizmie (1). Uważa się, że stres oksydacyjny bierze udział w patogenezie wielu jednostek chorobowych, takich jak: choroby nowotworowe, choroby układu sercowo-naczyniowego rozwijające się na podłożu miażdżycy tętnic, choroby reumatoidalne (17) oraz w większości procesów zapalnych, w tym i zapaleniu przyzębia (5).

Obecnie pierwiastek ten uznaje się za czynnik antykancerogenny zapobiegający procesom proliferacji i wzrostowi nowotworów. Inna ważna jego funkcja polega na zapobieganiu chorobom naczyniowym serca i zawałom. Poza tym stymuluje on układ odpornościowy oraz posiada właściwości przeciwzapalne i antywirusowe, pośrednio chroni również przed zatruciem metalami ciężkimi, tworząc nieaktywne i nietoksyczne kompleksy z rtęcią, ołowiem i kadmem (10, 12, 18, 33, 38). Ponadto jest niezbędny do prawidłowego wzrostu i proliferacji komórek oraz odgrywa ważną rolę w przekazywaniu

impulsów nerwowych w ośrodkowym układzie nerwowym (20).

Znaczne niedobory selenu obniżają aktywność limfocytów T, zmniejszają fagocytozę. W układzie humoralnym jego niedobór powoduje hamowanie proliferacji i różnicowania limfocytów B i zmniejszenie produkcji immunoglobulin, głównie IgG (2, 18). Obniżony poziom pierwiastka obserwuje się we krwi osób chorych na AIDS, astmę oskrzelową, cukrzycę, reumatoidalne zapalenie stawów, mukowiscydozę oraz u pacjentów z chorobami układu sercowo-naczyniowego. Uważa się, że spadek poziomu selenu we krwi poniżej 55 μg/l wiąże się ze wzrostem ryzyka chorobywieńcowej (25). Na podstawie badań przeprowadzonych w wielu krajach zaobserwowano, że pacjenci z chorobą nowotworową również mają znacznie obniżony poziom selenu we krwi w porównaniu z osobami zdrowymi, wynosi on odpowiednio 58 μg/l i 78 μg/l (25). Spadek wartości selenu obserwowany jest nie tylko podczas progresji choroby nowotworowej, ale również podczas nawrotów. Stwierdzono, że istnieje związek między niskim poziomem tego pierwiastka, a ryzykiem choroby nowotworowej i powstawaniem zmian przedrakowych. Hipotezę tę potwierdzono w przypadku nowotworów mózgu, krwi, płuc, trzustki, tarczycy, żołądka, prostaty, jelita grubego, jajnika i skóry (21, 28, 37). Santorek-Strumiłło i wsp. (31) zaobserwowali zależność między typem nowotworu a poziomem peroksydazy glutationowej (GPx) w hemolizacie erytrocytarnym. Autorzy sugerują, że w przyszłości może się ona stać markerem występowania choroby nowotworowej. Badania ostatnich lat wykazują, że selen ma aktywność przeciwnowotworową. Clark i wsp. (6) swoimi badaniami udowodnili, iż suplementacja tym pierwiastkiem zmniejsza zachorowalność na raka prostaty, jelita grubego, płuc oraz w 50% zmniejsza śmiertelność z powodu tych schorzeń. Natomiast podawanie go zwierzętom doświadczalnym hamuje rozwój nowotworów, m.in. sutka, wątroby, okrężnicy, płuc oraz skóry (8, 29). Udowodniono, że selen hamuje wzrost wielu typów komórek nowotworowych (1, 14), działając zarówno na fazę inicjacji karcynogenezy, jak i na rozwój nowotworu (8, 14, 25).

3

Od wielu lat badano również zależność między selenem, a próchnicą. W latach 50-tych Muhler i Shafer (24) podawali szczurom dietę próchnicotwórczą z dodatkiem seleninu sodu, stopniowo zwiększając jego stężenie z 10 mg/kg paszy do 30 mg/kg paszy. Po 20 tygodniach nie zaobserwowali wzrostu intensywności próchnicy w tej grupie w stosunku do grupy otrzymującej tylko dietę próchnicotwórczą. Britton wsp. (4) ustalili, że dawką, przy której dochodzi do hamowania rozwoju próchnicy u szczurów, jest 0,8 ppm Se zawartego w seleninie sodu. Ochronne działanie selenu na zęby ludzkie obserwował również Parko (27) w badaniach epidemiologicznych fińskich dzieci i młodzieży. Finlandia leży na terenach o małym stężeniu selenu w glebie, od 1984 r. rozpoczęto tu suplementację tym pierwiastkiem dodając selenek magnezowy do nawozów mineralnych pod zboża i kultury paszowe. W latach 1978-1988 wskaźnik DMF w grupie dzieci 6-17-letnich zmniejszył się średnio o 60,4%. Parko uważa, że przyczyną tego jest, między innymi fakt, że selen zastępując siarkę, tworzy mocniejsze wiązania w kolagenie budującym matrix zębów. Gierat-Kurzarzewska i Karasińska (15), badając 140 koron z usuniętych zębów ludzkich, zaobserwowały, że stężenie selenu w zębach z ubytkami próchnicowymi jest znacznie niższe w porównaniu z zębami bez próchnicy, co może sugerować, że zęby zawierające niższe stężenie pierwiastka stają się bardziej podatne na próchnicę. Odmienne wyniki uzyskali autorzy w badaniach epidemiologicznych przeprowadzonych w USA, Rosji i Indiach. Wykazano w nich, że selen pobierany z dietą w okresie rozwoju zębów zwiększa ich podatność na próchnicę (13, 34, 36).

Badano również wpływ selenu na wzrost drobnoustrojów próchnicotwórczych. Wykazano, że związki selenu (IV) mogą hamować wzrost bakterii Streptococcus mutans i Streptococcus sobrinus (11). Pierwiastek zawarty w seleninie sodu zmniejsza produkcję kwasów przez próchnicotwórcze steptococcus k-1 (22). Natomiast Eisenberg i wsp. (9) wykazali, że selen może wykazywać również działanie bakteriobójcze na te bakterie, a zależy to od pH środowiska.

Wyniki cytowanych badań dowodzą, że rola selenu nie jest jeszcze w pełni

wyjaśniona. Z powyższych badań płyną niejednokrotnie sprzeczne i kontrowersyjne wnioski. Konieczne są zatem dalsze długoterminowe badania kliniczne nad określeniem możliwości wykorzystania selenu w medycynie i stomatologii.

4