Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie

Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie Stanovení vápníku, hořčíku, zinku a železa v obilovinách, moukách a pekařských výrobcích Diplomová práce Vedoucí práce: doc. RNDr. Ing. Pavel Stratil, Ph.D. Vypracovala: Alena Halašková Brno 2010

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Stanovení vápníku, hořčíku, zinku a železa v obilovinách, moukách a pekařských výrobcích vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně. Dne... podpis..

PODĚKOVÁNÍ Děkuji doc. RNDr. Ing. Pavel Stratil, Ph.D. za cenné rady, připomínky a pomoc, kterou mi poskytl v průběhu odborných konzultací. Dále děkuji celé své rodině a přátelům za podporu a zázemí při zpracovávání diplomové práce ale i během celého studia

ABSTRAKT Tato práce je zaměřena na obsah vápníku, hořčíku, zinku a železa v pšenici, moukách a otrubách. Analýza byla provedena u 27 vzorků, z toho bylo 6 vzorků pšenice, 6 vzorků otrub, 14 vzorků mouk a 1 vzorek krupic. Ke stanovení obsahu Ca, Mg, Zn a Fe byla použita atomová absorpční spektrometrická metoda. Nejvyšší obsah všech prvků byl stanoven u otrub. U pšeničných mouk hodnoty klesaly v pořadí celozrnná, chlebová, hladká, hrubá, polohrubá mouka. Hodnoty naměřené u pšenice byly velmi podobné a neprojevovaly se rozdíly mezi pšenicí pěstovanou v okolí Litoměřic a Kyjova. Avšak rozdíly mezi hodnotami pšenice a z ní vymleté mouky byly markantní, dosahující až 100 %. Doporučená konzumace celozrnné mouky, kde je část nedostatkových prvků zachována (stejně jako větší část fenolových látek, vitamínů, fosfolipidů a vlákniny), by měla být preferována před moukou bílou, protože příznivě působí na lidské zdraví Klíčová slova: Atomová absorpční spektrometrie, vápník, hořčík, zinek, železo, pšenice ABSTRACT This work focuses on content of calcium, magnesium, zinc and iron in wheats, flours and brans. Determination has been made in 27 samples, from those 6 samples were wheats, 6 samples were brans, 14 samples were flours and 1 sample was branny. The atomic absorption spectroscopy was used for determinating the volume of the investigated micronutrients (Ca, Mg, Zn, Fe). The highest volume of these micronutrients was determined in brans. The values declined for wheat flours in the following order: wholegrain, bread, smooth, whole-meal, semi-smooth. There were no major value differences between wheat cultivated around Litomerice and Kyjov. On the other hand, the differences between values of wheat and flour were significant, up to 100 %. The recommended consumption of whole-grain flour, in which a part of the lacking micronutrients is preserved (as well as major part of phenolic substances, vitamins phospholipids and fibres), should be prefered to the white flour because of its positive influence on human health. Key words: Atomic absorption spectroscopy, calcium, magnesium, zinc, iron, wheat

OBSAH 1. ÚVOD.. 9 2. CÍL PRÁCE... 10 3. LITERÁRNÍ ČÁST 11 3.1. Složení obilovin... 11 3.1.1. Fytochemikálie... 11 3.1.1.1. Fenolové látky... 12 3.1.1.2. Karotenoidy... 13 3.1.1.3. Vitamín E... 13 3.1.1.4. Lignany... 14 3.1.1.5. β-glukany.... 15 3.1.1.6. Fytosteroly... 15 3.1.1.7. Vláknina, rezistentní škrob a inulin... 16 3.1.1.8. Kyselina fytová... 19 3.1.2. Vliv obilovin na lidské zdraví 19 3.1.2.1. Srdečně cévní onemocnění... 19 3.1.2.2. Cukrovka... 20 3.1.2.3. Rakovina... 21 3.1.2.4. Regulace tělesné hmotnosti... 21 3.2. Vápník. 22 3.2.1. Výskyt v lidském těle 22 3.2.2. Biochemické funkce 22 3.2.3. Metabolismus.. 22 3.2.3.1. Nutriční faktory ovlivňující požadavky vápníku... 23 3.2.4. Výživa... 23 3.2.5. Projevy nedostatku. 24 3.2.6. Toxicita. 24 3.2.7. Zdroje vápníku v potravě.. 24 3.3. Hořčík. 26 3.3.1. Výskyt v lidském těle 26 3.3.2. Biochemické funkce 26

3.3.2.1. Mg 2+ jako kofaktor enzymů... 27 3.3.2.2. Vliv hořčíku na dělení buněk... 28 3.3.2.3. Vliv hořčíku na transport přes buněčné membrány... 28 3.3.2.4. Vliv hořčíku na nervosvalovou dráždivost a nervovou reakci... 28 3.3.2.5. Vliv hořčíku na metabolismus tuků... 29 3.3.2.6. Regulační úloha hořčíku v kardiovaskulárním systému... 29 3.3.3. Metabolismus.. 29 3.3.4. Výživa... 30 3.3.5. Projevy nedostatku. 31 3.3.5.1. Faktory, které ovlivňují nedostatek hořčíku... 32 3.3.5.2. Chorobné stavy, které ovlivňují nedostatek hořčíku... 32 3.3.6. Toxicita. 33 3.3.7. Zdroje hořčíku v potravě.. 33 3.4. Zinek 34 3.4.1. Výskyt v lidském těle 34 3.4.2. Biochemické funkce 34 3.4.2.1. Enzymy zinku... 35 3.4.2.2. Vliv zinku na imunitní systém... 36 3.4.2.3. Vliv zinku na mozek a nervovou soustavu... 36 3.4.2.4. Vliv zinku na stres... 36 3.4.3. Metabolismus.. 36 3.4.4. Výživa... 38 3.4.5. Projevy nedostatku. 38 3.4.6. Toxicita. 39 3.4.7. Zdroje zinku v potravě 39 3.5. Železo... 40 3.5.1. Výskyt v lidském těle 40 3.5.2. Biochemické funkce 40 3.5.3. Metabolismus.. 42 3.5.3.1. Látky zvyšující resorpci železa... 43 3.5.3.2. Látky snižující resorpci železa... 43 3.5.4. Výživa... 44 3.5.5. Projevy nedostatku. 44

3.5.6. Toxicita. 45 3.5.7. Zdroje železa v potravě... 45 4. MATERIÁL A METODY. 47 4.1. Chemikálie a reagenty 47 4.2. Přístroje... 47 4.3. Software.. 47 4.4. Analyzované vzorky... 47 4.4.1. Příprava vzorku.. 48 4.5. Stanovení Ca, Mg, Zn a Fe 49 4.5.1. Atomová absorpční spektrometrie 49 4.5.1.1. Princip metody... 49 4.5.1.2. Instrumentace... 50 4.5.2. Vlastní měření.. 53 5. VÝSLEDKY 54 6. DISKUZE 59 6.1. Vliv zpracování na nutriční hodnotu.. 59 6.1.1. Mletí. 59 6.1.2. Výroba chleba.. 62 7. ZÁVĚR 63 8. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 64 9. SEZNAM TABULEK 68

1. ÚVOD Téměř všudypřítomná konzumace obilovin jim dává významné postavení v mezinárodní výživě. Kromě vysokého obsahu škrobu obiloviny poskytují poměrně značné množství vlákniny, hodnotných bílkovin a lipidů bohatých na esenciální mastné kyseliny. Významné stopové prvky přítomné v obilovinách jsou vitamíny, zejména vitamíny skupiny B, minerály nejvíce vápník, hořčík, železo a zinek, dále pak antioxidanty a fytochemikálie. Všeobecně vzato, obiloviny poskytují významné množství většiny živin. Tyto živiny jsou více obsaženy v obilných výrobcích z celozrnné mouky (Dewettinck a kol., 2008). V základním složení lidského těla vápník figuruje na pátém místě po kyslíku, uhlíku, vodíku a dusíku, a tvoří 1,9 % tělesné hmotnosti. Vápník patřil mezi první prvky o nichž se vědělo, že jsou pro lidské tělo esenciální. Již v roce 1842, Chossat experimentálně prokázal, že u holubů s nízkým obsahem vápníku ve stravě se vyvíjí slabé kosti (Ensminger a kol., 1994). Vápenaté ionty hrají roli v mnoha metabolických procesech. Mezi jeho základní funkce patří: zprostředkování přeměny elektrického signálu na chemický v nervových zakončeních, výstavba kostní tkáně, účast v procesech srážení krve a aktivace enzymů. Hořčík je čtvrtým nejhojnějším kationtem v těle a druhým nejhojněji se vyskytujícím nitrobuněčným kationtem. Je kofaktorem asi 300 buněčných enzymů, zejména těch, které se týkají metabolických dějů spojených s tvorbou a rozkladem ATP. Dalšími funkcemi hořčíku jsou stabilizace makromolekul DNA, aktivace některých enzymů, ovlivňování propustnosti buněčných membrán a zajišťování správné funkce nervových buněk (Sigel, 1990). Zinek je esenciální minoritní minerální prvek. Lidské tělo obsahuje přibližně 2-3 g zinku a pouze železo je z minoritních prvků obsaženo ve vyšším množství. Zinek je přítomen ve všech tělesných tkáních. Tento stopový prvek se zapojuje do funkcí v těle různými způsoby. Zinek je složkou více než 200 enzymů podílejících se na tak rozdílných funkcí, jako je např. trávení bílkovin, aerobní a anaerobní produkce energie, transport elektronů, syntéza RNA, kostní metabolismus, detoxikace alkoholu a normální vstřebávání a účinnost vitaminů, zejména vitamínu skupiny B (Kirschman, 2006). Koncentrace železa v těle je přibližně 30-40 mg.kg -1 tělesné hmotnosti, což přibližně odpovídá celkovému množství 2-4 g železa v organizmu. Železo má v těle několik životně důležitých funkcí. Je složkou proteinů určených v organismu k transportu 9

kyslíku: hemoglobinu a myoglobinu. Slouží jako dopravní prostředek pro elektrony uvnitř buněk a je nedílnou součástí důležitých enzymů v různých tkáních, které zabezpečují pochody oxidace a redukce (WHO/FAO, 2004). Příjem železa je více než u dvou miliard lidí neadekvátní a způsobuje nedostatek železa nebo anémii. Nedostatek železa je nejčastěji se vyskytujícím nedostatkem vůbec (Murphy, 2008). 2. CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce bylo formou literární rešerše: 1. Charakterizovat fyziologický význam a potřebu vápníku, hořčíku, zinku a železa pro člověka a zhodnotit jejich přijímané množství. 2. Formou analýzy stanovit množství vápníku, hořčíku, zinku železa v obilovinách, moukách a pekařských výrobcích. Ke stanovení byla použita atomová absorpční spektrometrická metoda 10

3. LITERÁRNÍ PŘEHLED Tradičními evropskými obilovinami jsou pšenice, žito, ječmen a oves. Dominantní postavení má však pšenice, protože je vhodná prakticky pro všechny druhy těst a pečiva. Druhou nejvýznamnější obilovinou pro výrobu mouky je žito. Pšeničná mouka se vyrábí především z odrůdy pšenice seté. 3.1. Složení obilovin Obiloviny jsou složeny z endospermu, klíčku a otrub. Škrobnatý endosperm tvoří asi 75-80 % hmotnosti zrna, zatímco podíl klíčků a otrub k celkové hmotnosti se může lišit (Liu, 2007). Ze sacharidů zaujímá hlavní místo škrob a z bílkovin ty, které po spojení s vodou vytvářejí lepek. Pšeničná mouka obsahuje 10-12 % bílkovin, žitná 8-10 %. Obsah vody v mouce je asi 14,5 % (nesmí překročit 15 %). Kromě uvedených složek obsahuje mouka také malé množství tuku (1-2 %) a vlákniny (1-2 %). Z výživového hlediska jsou důležité také minerální látky, jejichž obsah je v rozmezí 0,4-1,8 %. Patří sem především vápník, fosfor, hořčík, draslík, síra, ale také selen. Mouka obsahuje také vitamíny a to převážně vitamíny B-komplexu, které jsou rozpustné ve vodě: B1 (thiamin), B2 (riboflavin), B3 (niacin) a B6 (pyridoxin). Z vitamínů rozpustných v tucích je to pak především vitamín E (tokoferoly). Obilná zrna obsahují velké množství biologicky aktivních látek s prokázanými antioxidačními vlastnostmi. Tyto látky fungují jako akceptory volných radikálů, redukční činidla a potlačují tvorbu singletového kyslíku. Mezi tyto bioaktivní látky patří fytochemikálie (Zielinski, 2007). Některé z nich se běžně vyskytují v rostlinných výrobcích (fytáty a fenolové látky) a jiné jsou výjimečné a nachází se pouze v obilných výrobcích. Při mletí obilí jsou odstraněny otruby, což vede ke ztrátě vlákniny, vitamínů, minerálů, lignanů, fyto-estrogenu, fenolových látek a fytové kyseliny. Takto vymletá zrna obsahují především škrob, protože většina otrub a část klíčku je v procesu mletí odstraněna (Slavin, 2004). 3.1.1. Fytochemikálie Obilné fytochemikálie nikdy nebudily tolik pozornosti jako fytochemikálie ovoce a zeleniny i přesto, že obiloviny obsahují unikátní sloučeniny, které doplňují ty, jež jsou 11

přítomné v ovoci a zelenině. Některé z těchto fytochemikálií jako ferulová kyselina a diferuláty se nachází převážně v obilovinách, ale v ovoci a zelenině nejsou obsaženy ve významném množství. Nedávné výzkumy ukázaly, že celkový obsah fytochemikálií a antioxidační aktivita obilovin byla podceňována a že obiloviny obsahují více fytochemikálií než se předpokládalo. Většina celozrnných fenolových látek se nachází ve vázané formě, u kukuřice 85 %, a u pšenice a ovsa 75 %. Většina zdraví prospěšných celozrnných fytochemikálií se nachází v otrubách a klíčku. V celozrnné pšeničné mouce je v otrubách a klíčku přítomno 83 % z celkového množství fenolových látek, 79 % z celkového množství flavonoidů, 78 % z celkového množství zeaxanthinu, 51 % z celkového množství luteinu a 42 % z celkového množství β-kryptoxanthinu. Pokud jsou otruby a klíček obilovin konzumovány jako součást stravy mohou mít přínos pro lidské zdraví a snížit riziko chronických onemocnění. Mezi obilné fytochemikálie patří fenolové látky, karotenoidy, vitamín E, lignany, β-glukany, inulin, rezistentní škrob, steroly a fytáty (Liu, 2007). Dostatečná konzumace fytochemikálií je spojována s příznivým vlivem na lidské zdraví. Kromě toho mají tyto sloučeniny i důležité funkční vlastnosti. Ovlivňují jakost produktů a to barvu, chuť i texturu. Fenolové kyseliny a polymery flavanoidů jsou vnímány chutí jako kyselé, hořké a svíravé (Holtekjolen, 2008). 3.1.1.1. Fenolové látky Fenolové látky jsou tvořeny jedním nebo více aromatickými kruhy s jednou či více hydroxylovými skupinami. Obecně se dělí na fenolové kyseliny, flavonoidy, isoflavonoidy, stilbeny, kumariny a taniny. Nejběžnějšími fenolovými látkami v celozrnných obilovinách jsou fenolové kyseliny a flavonoidy. Fenolové kyseliny bývají členěny na dvě hlavní skupiny a to na deriváty kyseliny hydroxybenzoové a hydroxyskořicové. Deriváty kyseliny hydroxybenzoové zahrnují kyselinu p-hydroxybenzoovou, protokatechovou, vanillovou, syringovou a gallovou. Většinou jsou přítomny ve vázané formě a bývají složkou komplexních struktur jako např. ligninu a taninu. Deriváty kyseliny hydroxyskořicové začleňují kyselinu p-kumarovou, kávovou, ferulovou a sinapovou. Tyto kyseliny jsou obvykle estericky vázány na celulosu, lignin a proteiny. Hydroxyskořicová kyselina má ve srovnání s hydroxybenzoovou kyselinou vyšší antioxidační aktivitu, přičemž větší antioxidační schopnost derivátů kyseliny hydroxyskořicové souvisí s přítomností jiné postranní skupiny namísto karboxylové. Konjugované dvojné vazby v postranním řetězci posilují 12

antioxidační aktivitu aromatického kruhu. Několik studií ukázalo, že deriváty hydroxyskořicové kyseliny účinně zneškodňují volné radikály (Bondia-Pons, 2009). Nejčastěji se vyskytující fenolovou kyselinou v celozrnných obilovinách je kyselina ferulová, která se hojně vyskytuje v aleuronové vrstvě, oplodí a klíčku (Liu, 2007). Rozpustné frakce (volné fenolové látky) obsahují většinou flavanoidy a tokoferoly, zatímco nerozpustná frakce (vázané fenolové látky) zahrnují především fenolové kyseliny. Flavonoidy a fenolové kyseliny mají značný podíl na celkových fenolových látkách v pšenici, zatímco ječmen obsahuje značné množství proanthokyanidinů (Holtekjolen, 2008). Obsah celkových fenolových látek v pšeničné mouce se pohybuje v rozmezí od 501 do 562 µg.g -1 a u obilných zrn od 879 do 4128 µg.g -1 (Ragaee, 2005). 3.1.1.2. Karotenoidy Karotenoidy jsou značně rozšířené žluté a oranžové, výjimečně také žlutozelené a červené, převážně lipofilní pigmenty rostlin, hub, řas, mikroorganismů a také živočichů (korýšů, ryb, ptáků, savců). Většina karotenoidních látek se řadí mezi tetraterpeny, tedy mezi terpenoidy formálně obsahující osm isoprenových jednotek. Za svoji barevnost vděčí řetězci konjugovaných dvojných vazeb, které se vyskytují v několika základních strukturách a jejich kombinacích. Karotenoidy se dělí na dvě hlavní skupiny: karoteny a xanthofyly (Velíšek, 2002). Karotenoidy vykonávají v rostlinách životně důležité funkce. Jsou nezbytné pro fotosyntézu, rozmnožování a ochranu. Poskytují barevnost celozrnné mouce. Karoteny také působit jako antioxidanty pro tuky v mnoha biologických systémech. Jsou schopny reagovat s volnými radikály a tvořit méně reaktivní produkty volných radikálů. Nejběžněji se vyskytující karotenoidy v obilovinách jsou lutein, zeaxanthin, ß-kryptoxanthin, ß-karoten a α-karoten. V nejvyšší koncentraci je však přítomen lutein, následovaný zeaxanthinem (Liu, 2007). Lutein a zeaxanthin jsou obsaženy v oku ve žluté skvrně (macula lutea) a chrání oko proti poškozování světlem. 3.1.1.3. Vitamín E Aktivitu vitaminu E vykazuje osm základních strukturně příbuzných derivátů chromanu. Čtyři formy vitaminu E s nasyceným terpenoidním postraním řetězcem odvozeným od tokolu se nazývají tokoferolya čtyři formy s nenasyceným postranním řetězcem se nazývají tokotrienoly. Jednotlivé tokoferoly a tokotrienoly se liší polohou a počtem methylových skupin v chromanovém cyklu a také biologickou aktivitou. 13

Vitamin E (zvláště α-tokoferol) je nejvýznamnějším lipofilním antioxidantem uplatňujícím se u eukaryontních buněk jako ochrana nenasycených lipidů před poškozením volnými radikály. Spolu s ß-karotenem a koenzymy Q chrání strukturu a integritu biomembrán, tzn. buněčné, cytoplasmové membrány a hlavně membrán vnitrobuněčných organel (buněčné jádro, mitochondrie, lysosomy, endoplasmové retikulum) (Velíšek,2002). Důležitou funkcí vitaminu E je antioxidační aktivita. Za antioxidační aktivitu jsou zodpovědné volné hydroxylové skupiny aromatického kruhu. Atomy vodíku mohou sloužit jako donory volným radikálům, což vede k jejich stabilizaci.vitamín E má také významnou roli ve funkci imunitního systému, opravách DNA a dalších metabolických procesech (Liu,2007). Vitamin E se také uplatňuje při ochraně lipoproteinů přítomných v plasmě. V krevním řečišti je transportován asociovaný s lipidovou fází lipoproteinových částic LDL (Velíšek, 2002). Dalším pravděpodobným mechanismem vitamínu E, je jeho schopnost udržet Se v redukovaném stavu (Slavin, 2004). Nejvyšší koncentrace vitamínu E v obilovinách se nachází v klíčku. Množství vitamínu E v obilovinách se pohybuje okolo 75 mg.kg -1 sušiny (Liu, 2007). 3.1.1.4. Lignany Lignany jsou fenolové sloučeniny základního skeletu (C6-C3) 2 s 18 atomy uhlíku v molekule. Jedná se o dimery vzniklé spojením dvou fenylpropanových jednotek způsobem C6-C3-C3-C6 (Velíšek, 2002). Vzhledem k podobné struktuře estradiolu jsou lignany, spolu s isoflavonoidy klasifikované jako fytoestrogeny (Bondia-Pons, 2009). Z přirozených lignanů se v lidské stravě nejčastěji nacházejí matairesinol a sekoisolariciresinol. Mezi zdroje bohaté na lignany patří kukuřice, oves, pšenice, rýže, luskoviny, ovoce a zelenina. Dále pak také lněná semínka, dýňová semínka, kmín a slunečnicová semena. Protože současné technologie zpracování způsobují odstraňování lignanů, můžeme je nalézt pouze v celozrnných výrobcích (Slavin, 2004). Vlivem intestinální mikroflory jsou rostlinné lignany jako sekoisolariciresinol a matairesinol převedeny na enterodiol a enterolakton. Tyto dva lignany vykazují silnou antioxidační aktivitu a slabou estrogenní aktivitu, což pravděpodobně vysvětluje jejich biologické účinky a přínos pro zdraví. Enterodiol a enterolakton chrání před srdečními onemocněními a rakovinou prsu a prostaty. Inhibují také růst rakovinotvorných buněk v tlustém střevě (Liu, 2007). 14

3.1.1.5. β-glukany Polysacharidy nazývané β-glukany, také ß-(1 3), ß-(1 4)-D-glukany nebo ß-glukany se smíšenými vazbami se nacházejí v buněčných stěnách vyšších rostlin a ve větším množství v semenech některých obilovin (ječmen, oves). V buněčných stěnách obilovin tvoří tyto hemicelulosy až 30 % sušiny neškrobových polysacharidů. Obsah v pšenici a žitu je jen 0,2-2 % hmotnosti zrna. Rozpustnost β-glukanů ve vodě závisí především na jejich struktuře. Čím více je v molekule vazeb (1 4), tím nižší je rozpustnost polymerů. Nejvíce jsou rozpustné polymery obsahující asi 30 % vazeb (1 3) a 70 % vazeb (1 4), jejichž řetězec je složen z 2-3 jednotek ß-D-glukosy spojených vazbami (1 4), mezi nimiž se nachází jednotka vázaná vazbou (1 3). β-glukany tvoří zčásti rozpustnou a částečně nerozpustnou vlákninu potravy (Velíšek, 2002). β-glukany mají vliv na snížení hladiny cholesterolu a kontrolují hladinu cukru v krvi. Jako součást rozpustné vlákniny dokáží vázat cholesterol a žlučové kyseliny a usnadnit jejich odstraňování z těla. Užívání ovesných nebo kvasinkami vyrobených ß-glukanů je následováno 10% snížením celkového cholesterolu a 8% snížením LDL cholesterolu. Současně dochází k 16 % nárůstu HDL cholesterolu. β-glukany mají také vliv na kontrolu krevního cukru u diabetiků a jsou prospěšné při snižování zvýšené hladiny cukru v krvi po jídle. Což je pravděpodobně důsledkem pomalejšího vyprazdňování žaludku, takže cukr z potravy se vstřebává postupně. Dalším důvodem může být zvýšená citlivost tkání na inzulín (Liu, 2007). 3.1.1.6. Fytosteroly Fytosteroly je kolektivní termín pro rostlinné steroly a stanoly. Nacházejí se v olejnatých semenech, zrnech, ořeších a luštěninách. Vysoký příjem rostlinných sterolů nebo stanolů může snížit koncentraci sérového celkového, a LDL cholesterolu. Strukturálně jsou fytosteroly cholesterolu velmi podobné a liší se methylovou a ethylovou skupinou. Fytosteroly inhibují absorpci dietního cholesterolu z tenkého střeva a mají lepší rozpustnost než cholesterol. Proto jej vytěsňují z micel, snižují vstřebávání a zvyšují jeho vylučování (Slavin, 2004). 15

3.1.1.7. Vláknina, rezistentní škrob a inulin Vláknina Mezi vlákninu potravy se řadí celulosa, hemicelulosy a pektin, dále polysacharidy používané jako aditivní látky (polysacharidy mořských řas, mikrobialní polysacharidy, rostlinné gumy a slizy, modifikované polysacharidy) a lignin; z živočišných polysacharidů chitin. Podle rozpustnosti ve vodě se vláknina dělí na: vlákninu rozpustnou a nerozpustnou. K rozpustné vláknině se řadí určitý podíl hemicelulos, dále pak také pektiny, rostlinné slizy, polysacharidy mořských řas, modifikované škroby a modifikované celulosy. Rozpustná vláknina zvyšuje viskozitu obsahu žaludku a střev, zpomaluje promíchávání jejich obsahu, omezuje přístup pankreatických amylas a lipas k substrátům a tím absorpci živin střevní stěnou. Tím se zpomalí průchod střevního obsahu a sníží se difúze živin, váží se minerální látky (zejména ionty vápníku, železa, mědi a zinku) a modifikuje se tak jejich dostupnost. Část vázaných kationtů se uvolní při fermentaci v tlustém střevě. Hlavní složkou nerozpustné vlákniny je celulosa, určitý podíl hemicelulos a lignin. Vyšší obsah ligninu je v otrubách a konzumovaných semenech ovoce. Nerozpustná vláknina zvětšuje objem potravy, zkracuje dobu jejího průchodu zažívacím traktem a zlepšuje střevní peristaltiku. Rozpustná vláknina je částečně štěpena trávícími enzymy již v horní části zažívacího traktu. Nerozpustná vláknina odolává působení enzymů v tenkém střevě a je spolu s rozpustnou vlákninou více nebo méně metabolizována pouze mikroorganismy tlustého a slepého střeva. Ty asimilují v průměru 70 % polysacharidů vlákniny. Konečnými produkty jsou plyny ( oxid uhličitý a vodík, často i methan) a využitelné nižší mastné kyseliny (octová, propionová a maselná kyseliny)(velíšek, 2002). Obiloviny obsahují přibližně jednu třetinu rozpustné vlákniny a zbytek je ve formě vlákniny nerozpustné. Pšenice obsahuje méně rozpustné vlákniny než ostatní zrniny a rýže prakticky žádnou. Vymíláním zrn je odstraňováno víc nerozpustné vlákniny než rozpustné, nicméně vymleté mouky mají celkově nízký obsah vlákniny (Slavin, 2004).Velíšek uvádí množství rozpustné a nerozpustné vlákniny v potravinách, viz tab. 1. 16

Tab. 1 Množství rozpustné a nerozpustné vlákniny v potravinách (Velíšek, 2002) Potravina Vláknina (% sušiny) Rozpustná nerozpustná celkem Ovoce 5,6-5,8 7,2-7,5 12,8-13,3 Jablka Broskve 4,1-7,1 3,4-6,4 7,5-13,5 Jahody 5,1-7,7 6,8-10,6 11,9-18,3 Pomeranče 6,5-9,8 3,9-5,2 10,4-15,0 Zelenina 4,4-14,9 10,4-11,1 14,8-26,0 Mrkev Zelí 13,5-16,6 4,2-20,8 27,6-37,4 Rajčata 0,8-3,5 3,2-12,8 6,7-13,6 Zelený hrášek 5,9 15 20,9 Luštěniny: fazole 7,2-12,4 9,1-9,6 16,8-21,5 Brambory syrové 2,8-3,5 2,4-3,2 5,2-6,7 Vařené 4,8 2,6 7,4 Cereální výrobky 2,0 1,2 3,2 Mouka pš. bílá Mouka pšeničná 2,6 7,7 10,3 Chléb pšeničný 1,6-2,7 1,1-2,9 2,7-5,6 Chléb žitný 6,7 6,6 13,3 Kukuřičné lupínky 0,2-0,4 0,5 0,7-0,9 Vyšší spotřeba celozrnné vlákniny bývá spojována s nižším rizikem chronických onemocnění. Vláknina má chránit před infarktem, ischemickými srdečními chorobami, úmrtím, zvyšováním tělesné hmotnosti a cukrovkou. Vláknina obilovin váže a odstraňuje cholesterol, váže žlučové kyseliny, moduluje hormonální aktivitu, stimuluje imunitní systém, usnadňuje průchod toxických látek trávicím traktem, produkuje nižší mastné kyseliny v tlustém střevě, ředí látky ve střevech, snižuje kalorický obsah a glykemický index potravin, zlepšuje inzulínovou odezvu a odstraňuje volné radikály (Liu, 2007). Rezistentní škrob Rafinovaná mouka, mouka z pšenice tvrdé (chlebová mouka) a mouka z pšenice obecné (mouka na pečivo) obsahuje nejvyšší množství škrobu přibližně asi 77,7 %. Mezi celozrnnými obilovinami ječmen a žito obsahují relativně nižší obsah škrobu 53,6 % a 58,0 %. Škrob je hlavním zdrojem energie v rostlinných potravinách a je dále rozdělen podle stravitelnosti na rychle stravitelný škrob, pomalu stravitelný škrob a rezistentní škrob. Tyto nutriční frakce škrobu se liší v závislosti na druhu obilných zrn, přípravě mouky a podmínkách zpracování (Ragaee, 2005). 17

Většina škrobů patří do kategorie rychle stravitelných nebo pomalu stravitelných a za běžných podmínek se zcela stráví v tenkém střevě. Některé škroby jsou však částečně rezistentní nebo neakceptovatelné pro hostitelské amylolytické enzymy a řadí se tak mezi nevyužitelné polysacharidy, které tvoří vlákninu (např. obilná zrna konzumovaná v syrovém stavu, chráněná buněčnými stěnami zabraňujícími přístupu amylas). Rezistence při trávení v tenkém střevě se také může zvyšovat způsobem přípravy a skladování potravin. Např. retrogradací škrobu se asi o 1 % zvyšuje rezistence vůči amylolytickým enzymům. Rezistentní formy škrobu představují asi 1 % z celkového konzumovaného množství. Procházejí do tlustého střeva, kde jsou částečně metabolizovány a využity přítomnou mikroflórou. V tabulce 2 je uvedena klasifikace a příklady stravitelných rezistentních škrobů (Velíšek 2002). Tab. 2 Klasifikace a příklady stravitelných a rezistentních škrobů (Velíšek, 2002) Typ škrobu Trávení v tenkém Zdroj střevě Rychle stravitelný úplné čerstvě vařené škrobnaté potraviny Pomalu stravitelný pomalé, ale úplné většina syrových cereálií Rezistentní fyzikálně nedostupný pomalé, částečné částečně rozemletá zrna a semena rezistentní granule pomalé, částečné syrové brambory a banány retrogradovaný částečné nebo zcela rezistentní tvrdý chléb, staré vařené brambory, kukuřičné lupínky Mezi fyziologické funkce rezistentního škrobu patří zlepšení glykemické reakce a funkce tlustého střeva, snížení příjmu kalorií a úprava metabolismu tuků. Výslednými produkty jsou mastné kyseliny s krátkým řetězcem. Rezistentní škrob také podporuje oxidaci a metabolismus lipidů (Liu, 2007). Inulin Názvem inuliny se označují polymery složené z lineárních řetězců D-fruktofuranos (fruktany) obsahující zpravidla jako koncovou jednotku D-glukosu (glukofruktany). Jsou vázány vzájemně glykosidovou vazbou ß-(1 2) (Velíšek, 2002). Typické inuliny se vyskytují v kořenech čekanky, hlízách topinamburu, artyčoku, pórku, cibuli, chřestu, 18

pšenici, ječmeni, žitě, česneku a banánech. Strava obvykle obsahuje asi 2,6 g inulin a primárními zdroji jsou pšenice (69%) a cibule (23%). Inulin působí jako prebiotikum a stimuluje růst střevních bakterií. Inulin je ve střevech vhodnou potravou pro laktobacily a bifidobakterie. Bifidobacterie potlačují růst škodlivých bakterií, stimulují imunitní systém a usnadňují vstřebání minerálních látek a syntézu vitamínu B. Inulin usnadňuje vstřebání vápníku, hořčíku a železa v tlustém střevě vlivem vzniku mastných kyselin s krátkým řetězcem kyseliny octové, propionové a máselné (Liu, 2007). 3.1.1.8. Kyselina fytová Důležitá vazebná látka pro kovové prvky odvozená od cyklitolů je fytová kyselina (myo-inositolhexakisdihydrogenfosfát). Fytová kyselina tvoří s vápenatými, hořečnatými, železitými, zinečnatými a jinými kovovými ionty stabilní sloučeniny, tzv. fytáty, v poměrech 1:1 až 1:6. Vápenato-hořečnatý komplex kyseliny fytové bývá označován názvem fytin. Pevná vazba prvků v těchto sloučeninách a malá rozpustnost (fytát železitý) mají za následek snížení biologické využitelnosti prvků ze stravy, která obsahuje vyšší množství fytové kyseliny a fytinu. Fytová kyselina a její sloučeniny s kovy se vyskytují v potravinách rostlinného původu, zejména v obilovinách, luštěninách, v olejnatých semenech a ořechách (Velíšek, 2002). Kyselina fytová je významný antioxidant. Fytová kyseliny tvoří cheláty s různými kovy a udržuje funkci redoxních reakcí, které jsou katalyzované železem. Také snižuje oxidativní poškození střevního epitelu a sousedních buněk (Slavin, 2004). 3.1.2. Vliv obilovin na lidské zdraví 3.1.2.1. Srdečně cévní onemocnění Srdečně cévní onemocnění (SCO) je nejčastější příčinou úmrtí ve velké většině vyspělých zemí a rychle se rozšiřuje i v zemích rozvojových. Vhodná strava obsahující ovoce, zeleninu, luštěniny, celozrnné výrobky a pseudoobiloviny, může přispívat k ochraně před SCO (Gorinstein, 2006). Spotřeba celozrnných výrobků snižuje riziko srdečně cévních onemocnění. Rozpustná vláknina z různých zdrojů je spojována s nízkým, ale významným snížením celkového cholesterolu. Ostatní sloučeniny obilovin, včetně antioxidantů, fytové kyseliny, lektinů, fenolových sloučenin, inhibitorů amyláz a saponinů, upravují rizikové faktory SCO. Existuje celá řada teorií jakým způsobem obiloviny pomáhají snížit riziko 19

SCO. Obiloviny jsou bohaté na tokotrienoly, což je forma vitaminu E, která hraje významnou roli při prevenci chorob a to včetně snížení rizika srdečně cévních onemocnění. Obiloviny jsou také zdrojem rostlinných sterolů, např. β-sitosterolu, který může snižovat hladinu cholesterolu. A v neposlední řadě obiloviny jsou také vynikajícím zdrojem vlákniny, rezistentního škrobu a oligosacharidů, které jsou střevní mikroflórou fermentovány na nižší mastné kyseliny, jako je kyselina octová, máselná a propionová. U těchto kyselin je prokázáno, že snižují koncentraci sérového cholesterolu (Slavin, 2004). Zrna obsahují významné množství oligosacharidů. Obecně mezi oligosacharidy patří oligofruktóza a inulinu. Pšeničná mouka obsahuje v sušině 1 4 % fruktanů. Oligosacharidy mají v lidských střevech obdobný účinek jako rozpustná vláknina. Navíc mění složení fekální flóry. Studie zjistily, že konzumace frukto-oligosacharidů zvyšuje obsah bifidobakterií ve střevě a snižuje koncentraci nepříznivých klostridií a Escherichii coli. Celozrnná pšenice obsahuje asi 3 % tuků. Lipidy zrna obsahují asi 75 % nenasycených mastných kyselin, které tvoří téměř stejné množství kyseliny olejové a linolové a 1-2 % kyseliny linolenové. Tyto mastné kyseliny snižují koncentraci sérového cholesterolu. Nenasycené mastné kyseliny snižují hladinu LDL-cholesterolu, zatímco nasycené mastné kyseliny jí zvyšují (Liu, 2007). 3.1.2.2. Cukrovka Obiloviny ovlivňují odezvu glukosy a inzulinu a to částečně z důvodu jejich pomalé stravitelnosti. Několik studií prokázalo, že příjem obilné vlákniny snižuje riziko cukrovky. Glykemická odezva diabetiků na celozrnný chléb je mnohem nižší v porovnání s glykemickou odezvou diabetiků konzumujících bílý chléb. Příjem vlákniny z celozrnných obilovin také nepřímo souvisí s cukrovkou 2. typu. Obiloviny jsou dobrými zdrojem Mg, vlákniny a vitaminu E, které se podílejí na metabolismu inzulínu. Relativně vysoký příjem těchto živin může zabránit hyperinzulinémii. Synergický efekt několika složek, jako fytochemikálií, vitamínu E, hořčíku a dalších složek, se může podílet na snížení rizika cukrovky 2. typu. 20

3.1.2.3. Rakovina Častější konzumace obilných zrn je spojováno se sníženým rizikem vzniku rakoviny. A to zejména rakoviny žaludku, úst a hrdla, horní části trávicího traktu a endometria. Epidemiologické studie uvádějí, že vyšší hladina sérového inzulínu je spojována se zvýšeným rizikem rakoviny tlustého střeva, prsu, případně dalších druhu rakoviny. Bylo navrženo několik způsobů, jak funguje ochranný mechanismus vlákniny obilných zrn. Zvýšené množství tráveniny a snížení doby průchodu střevem poskytuje méně příležitostí fekálním mutagenům k interakci se střevním epitelem. Sekundární metabolity žlučových kyselin podporují proliferaci buněk, takže dochází k zvýšenému výskytu mutací a abnormálních buněk. Vláknina má schopnost vázat nebo ředit žlučové kyseliny. Obilná zrna také obsahují Se, který funguje jako kofaktor glutathionperoxidasy. Tento enzym chrání tkáně před oxidativním poškozením. Při vyšší konzumaci selenu lze potlačit proliferaci buněk. I vitamín E, snižuje riziko vzniku rakoviny, protože zneškodňuje karcinogenní kyslíkové radikály.. Obiloviny obsahují i několik látek, které mají za určitých podmínek antinutriční účinek, jako např. inhibitory proteas, fytovou kyselinu, fenolové látky a saponiny. U těchto látek se až donedávna myslelo, že mají pouze negativní efekt. Některé z těchto antinutrientů slouží jako inhibitory rakoviny, protože brání vzniku karcinogenů a blokují interakce karcinogenů s buňkami. 3.1.2.4. Regulace tělesné hmotnosti Předběžné studie naznačují spojitost mezi příjem obilovin a regulací tělesné hmotnosti. Jedinci, kteří konzumovali větší množství celozrnných výrobků, vážili méně než ti, kteří měli spotřebu celozrnných produktů nízkou. Několik faktorů může objasnit vliv obilovin na regulaci tělesné váhy. Větší objem, spolu s relativně nižší chutností celozrnných potravin může podporovat pocit nasycení a to navíc i několik hodin po jídle. Zrna bohatá na viskózní rozpustnou vlákninu mají tendenci zvyšovat intraluminální viskozitu, prodlužovat dobu vyprazdňování žaludku a zpomalovat vstřebávání živin v tenkém střevě. Zdravé stravování, včetně konzumace obilovin, je spojováno s nižšími hodnotami BMI a nižším obvodem pasu (Slavin, 2004). 21

3.2. Vápník 3.2.1. Výskyt v lidském těle Vápník je z kvantitativního hlediska hlavní minerální složkou v lidském těle. Jeho celkový obsah činí asi 1500 g, přičemž 99 % z tohoto množství je obsaženo v kostech převážně ve formě fosforečnanu vápenatého (Velíšek, 2002). Zbývající 1% je rovnoměrně obsaženo v zubech a měkkých tkáních a pouze 0,1 % se nachází v extracelulární tekutině (ECT). ECT obsahuje ionizovaný vápník v koncentraci asi 4,8 mg.100ml -1 (držený v příštítných tělíscích), stejně jako komplexní vápník v koncentraci asi 1,6 mg.100ml -1 (WHO/FAO, 2004). 3.2.2. Biochemické funkce K hlavním biologickým funkcím vápníku patří kromě stavební funkce (ve vazbě na bílkoviny osteokalcin a osteonektin produkované osteoblaty), účast na regulačních dějích se vztahem k nervové a svalové činnosti. Je také nezbytný pro srážlivost krve. Řada metabolických dějů je regulována vápenatými ionty prostřednictvím jejich vazby na sérový polypeptid kalmodulin, který ovlivňuje aktivitu některých enzymů (adenylát-cyklasy, spolu s hořčíkem také aktivitu ATPasy) (Velíšek, 2002). Vápník se vyskytuje ve všech buněčných membránách. Mnoho neuromuskulárních a jiných buněčných funkcí závisí na ionizovaném vápníku v ECT. V rámci zajištění svalové činnosti vápník slouží jako důležitý mediátor s účinky na cílové orgány prostřednictvím několika intracelulárních signálních drah (WHO/FAO, 2004). 3.2.3. Metabolismus Resorpce vápníku z potravy probíhá v tenkém střevě. Za nízkého příjmu je vápník resorbován hlavně aktivním transportem, ale za vyššího příjmu (nad 400 mg) je větší část kalcia resorbována prostou difuzí. Stupeň resorpce vápníku je asi 5-15 %, a je značně závislý na chemické formě vápníku a na složení stravy. Stupeň resorpce vápníku ze špenátu, kde je převládající formou oxalát vápenatý, bývá kupříkladu jen 2,5 % (špenát obsahuje hodně kyseliny šťavelové, která tvoří s vápníkem nerozpustnou sůl šťavelan vápenatý, což je i výhodou, protože se snižuje vstřebání kyseliny šťavelové). Z pšeničného chleba (obsahuje jako hlavní sloučeninu vápníku fytin) se resorbuje asi 40 % a ze zelí (hlavní formou jsou 22

vápenaté soli organických kyselin, zejména citrónové) 40-70 % přítomného vápníku. Vyšší obsah bílkovin v dietě zvyšuje resorpci vápníku (Velíšek, 2002). 3.2.3.1. Nutriční faktory ovlivňující požadavky vápníku Sodík Existuje určitý vztah mezi metabolizmem vápníku a sodíku. Podání větší dávky sodíku vyvolává zvýšené vylučování vápníku proto, že sodík konkuruje svou reabsorpcí vápníku v ledvinových tubulech. Protein Fyziologická potřeba bílkovin je cca 1g.kg -1 tělesné hmotnosti, tj. pro ženy kolem 60 g a pro muže 70-75 g.. Běžný konzum u mnoha lidí je však 100 až 120 g.den -1. Avšak zvýšení příjmu živočišných bílkovin ze 40 na 80 g vede k nárůstu vápníku v moči o 40 mg. To znamená, že snížení příjmu živočišných bílkovin z 60 na 20 g by snížilo požadavek vápníku z 840 na 600 mg Vitamin D Vitamínu D podporuje vstřebávání vápníku. Regulace metabolismu vápníku je primárně zaměřena na udržení koncentrace ionizovaného kalcia v ECT. Tato koncentrace je regulována a udržována prostřednictvím zpětné vazby vápníku na receptory v příštítných tělíscích, které kontrolují sekreci parathormonu příštítných tělísek. Tento hormon reguluje aktivaci vitaminu D hydroxylací do polohy 1 v ledvinách a jeho aktivní forma 1,25-dihydroxycholekalciferol nebo 1,25-dihydroxyergokalciferol, zvyšuje renální tubulární reabsorpci vápníku a zvyšuje vstřebávání vápníku v tenkém střevě. Nicméně, integrita systému je rozhodujícím způsobem závislá na vitaminu D. To je důvod, proč experimentální nedostatek vitaminu D způsobuje křivici a osteomalacii, a nedostatek vápníku vede k osteoporóze (WHO/FAO, 2004). 3.2.4. Výživa Doporučené denní dávky vápníku jsou 400-500 mg u dětí do 1 roku, 800-1200 mg u starších dětí a dospívajících, 800 mg u dospělých a 1200 mg u těhotných a kojících žen (Velíšek, 2002). 23

3.2.5. Projevy nedostatku Optimální příjem vápníku je nutný po celou dobu růstu, zejména během prvních 2 let života, a dále během intenzivního růstu v dospívání. Tyto věkové skupiny obyvatelstva jsou nejnáchylnější k nedostatku vápníku, stejně jako těhotné ženy (zejména v posledním trimestru), kojící ženy, ženy po menopauze a pravděpodobně i starší muži (WHO/FAO, 2004). Příznakem nedostatku vápníku mohou být osteoporóza (řídnutí kostí), tříštivé zlomeniny, zubní kaz, nespavost, znetvoření zubů, prstů a dalších kostí nebo například špatné držení těla. Dalšími příznaky jsou svalové křeče, podrážděnost, hyperaktivita, překyselení, podlitiny (modřiny), vysoký krevní tlak, tetanie a rakovina (Wilson, 1998). 3.2.6. Toxicita Toxický účinek vysokého příjmu vápníku je popsán pouze v případě, kdy se vápník nachází ve formě uhličitanů ve velmi vysokých koncentracích. V praxi se doporučuje horní limit pro příjem vápníku 3g (WHO/FAO, 2004). Příznakem vápníkové toxicity může být únava, deprese, svalová slabost, bolesti, arterioskleróza, artritida a ledvinové a žlučové kameny. Dalšími příznaky jsou kostní ostruhy, ztuhlost, pomalý metabolismus, zácpa a spondilitida (zánět a ztuhlost páteře) (Wilson,1998). 3.2.7. Zdroje vápníku v potravě Vápník je obsažen v každé potravině, s výjimkou čistých rafinovaných potravin jako je cukr a rostlinné oleje a živočišné tuky. Hlavním zdrojem vápníku pro člověka má být pestrá strava tvořená přirozenými potravinami. Např. v obilovinách je okolo 600 mg Ca.kg -1, zatímco v moukách většinou okolo 150-200 mg.kg -1. Je zjištěno, že průměrná strava tzv. západního typu tvořená velkým podílem rafinovaných potravin (cukr, tuk, bílá mouka) obsahuje i bez mléčných výrobků cca 450 mg vápníku. Mléčné výrobky, které jsou bohaté na vápník (tekuté mléko cca 1200 mg.kg - 1, sýry 1350 8940 mg.kg -1 a tvarohy 580 7190 mg.kg -1 ) jsou pak dobrým doplňkem vápníku do potřebného množství. Kromě toho je vápník ve zvýšené míře přítomen v listové zelenině, semenech (zejména máku), ořeších, ovesných vločkách (ČNFO, 2009). V následující tabulce jsou uvedeny údaje o obsahu vápníku a hořčíku v potravinách podle Kajaby (1986), viz tab. 3. 24

Tab. 3 Obsah vápníku a hořčíku v potravinách (mg.100g -1 jedlého podílu) Potravina Vápník Hořčík Chléb: pšeničný 58 48 Žitný 22 41 Graham 50 92 Houska 24 24 Bílé pečivo 21 24 Mouka pšeničná 19 30 hladká Polohrubá 14 26 Hrubá 13 14 Celozrnná 37 75 Pšenice 59 123 Žito 68 124 Ječné kroupy 27 81 Ovesné vločky 61 117 Rýže neloupaná 32 119 Loupaná 24 28 Kukuřice krupice 169 85 celozrná Jáhly 25 - Pohanka 17 66 Hráh loupaný 76 122 Fazol 120 173 Čočka 78 99 Sója 254 248 Maso: vepřové 7 20 Hovězí 8 25 Kuřecí 17 54 Kraličí 14 30 Šunka - - Sleď 32 22 Treska-filé 15 19 Sardinky 44 26 Kapr 34 15 Mléko 122 10 Jogurt 150 - Tvaroh měkký 90 - Sýr Eidam 765 27 Ementál 1180 55 Tavený sýr 547 - Vejce 52 33 Mák 1060 456 Ořechy vlašské 99 134 Kokos sušený 26 90 25

3.3. Hořčík 3.3.1. Výskyt v lidském těle Obsah hořčíku v těle dospělého člověka činí asi 25 až 40 g. Z toho připadá asi 60 % na obsah v kostře. Hořčík je převážně intrabuněčný iont. V tkáních je obsaženo cca 10x více hořčíku než v plazmě (na kg). Nejvyšší koncentrace hořčíku v měkkých tkáních se nacházejí ve slinivce břišní, játrech a v kosterním svalstvu. V krvi a extrabuněčných tekutinách je obsaženo pouze 1-2 % z celkového množství hořčíku v organismu (Velíšek, 2002). Zastoupení hořčíku v různých částech těla dospělého člověka je uvedeno v tabulce 4, dle Shilse (1994). Tab. 4 Distribuce hořčíku v těle dospělého člověka (Shils, 1994) Tkáň Podíl v procentech Koncentrace Kostra 60-65 0,5 % popela Kosterní svalovina 27 3,5-5 mmol.kg -1 Ostatní buňky 6-7 3,5-5 mmol.kg -1 Intracelulární 1 1,65-2,73 mmol.l -1 prostor Sérum-volný Mg 0,55 0,48-0,66 mmol.l -1 Sérum-vázaný Mg 0,32 0,1-0,3 mmol.l -1 na albumiy Sérum-vázaný Mg 0,13 0,53-0,67 mmol.l -1 na citráty Pot 0,3 mmol.l -1 Sekreční šťávy 0,3-0,7 mmol.l -1 Intrabuněčná koncentrace volného Mg 2+ je poněkud závislá na koncentraci extrabuněčného Mg 2+ (v séru), protože vtok hořčíku je regulován a uskutečňován pomocí aktivního přenosu. K hlavním transportním systémům hořčíku přes buněčné membrány patří dva přenašečové kanálové systémy. Vtok Mg 2+ do buňky při snížení jeho hladiny je uskutečňován pomocí Mg 2+ /HCO 3 - kotransportu a ustává při dosažení normální distribuce Mg 2+ v buňce. Při zvýšené hladině volného Mg 2+ v buňce se aktivuje Na + / Mg 2+ protisměrný přenos (antiport), a to pravděpodobně fosforylací kanálového membránového proteinu (Gúnter, 1986). 3.3.2. Biochemické funkce Hořčík je nezbytný pro všechny metabolické děje, při kterých se tvoří nebo se hydrolyzuje ATP. Každá molekula ATP, který je koenzymem mnoha enzymů 26

obsahuje vázaný 1 atom Mg. Hořčík se účastní stabilizace makromolekul DNA (reverzibilních konformačních změn při proteosyntéze), syntézy proteinů, syntézy RNA a DNA a je nutný pro aktivaci některých enzymů, např. fosfotransferas (kinas) a fosfatas. V této funkci mohou být někdy hořečnaté ionty nahrazeny manganatými ionty. Vzhledem k vazbě hořčíku v chlorofylu je tento kov esenciální pro fotosyntetizující organismy. Společně s vápníkem hořčík ovlivňuje permeabilitu membrán a dráždivost buněk. Koncentrace hořečnatých iontů v extracelulárních tekutinách má vliv na funkci nervových buněk. Nedostatek hořčíku, zvláště při nadbytku vápníku, vede ke zvýšení dráždivosti, velký nadbytek naopak způsobuje útlum nervové činnosti (Velíšek, 2002). Zvláštní význam s respektem k patologickým jevům při vyčerpání hořčíku je úloha tohoto prvku při regulaci toku draslíku a jeho účast v metabolismu vápníku. Mezi 50 % až 60 % tělesného hořčíku se nachází uvnitř kosti, kde tvoří povrchovou složka hydroxyapatitu ( fosforečnan vápenatý) (WHO/FAO, 2004). 3.3.2.1. Mg 2+ jako kofaktor enzymů Hořčík se jako kofaktor podílí na mnoha enzymatických reakcích, pomocí nichž se složky potravin metabolizují a vytváří se nové produkty. Mg 2+ se v podstatě podílí na všech reakcích kinas. Donorem fosfátu není ATP, ale Mg 2+ -ATP. V klasické hexakinasové reakci hořčík neinteraguje přímo s enzymem, ale tvoří komplex, který může být reprezentován jako "enzym-substrát-kov". Protože je většina ATP v buňkách spojena s Mg 2+, z toho plyne, že většina enzymatických reakcí zahrnujících ATP a ADP (stejně jako GTP a GDP) je závislá na Mg 2+. Glykolýza obsahuje sedm klíčových enzymů, které vyžadují Mg 2+ samostatně nebo ve spojení s ATP či ADP. Jedná se o hexokinasu, glukózafosfátizomerasa, fosfofruktokinasu, fosfoglycerátkinasu, fosfoglycerát-mutasu, enolasu a pyruvátkinasu. Další příklady na Mg 2+ závislých reakcí, které jsou důležité pro metabolismus a které jsou katalyzované těmito následujícími enzymy: 1. Thiamin pyrofosfotransferasa, klíčový koenzym účastnící se oxidativní dekarboxylace. 2. Sukcinyl-CoA-syntetasa (tvorba sukcinátu a GTP v citrátovém cyklu). 3. Acyl-CoA-syntetasa (tvoří první produkt v beta oxidaci mastných kyselin). 27

4. Adenylátcyklasa [cyklický adenosinmonofosfát (camp)]. Enzym je aktivován interakcí hormon-receptor a katalytický produkt-camp, který aktivuje činnost proteinkinasy. (Shils, 1997). 3.3.2.2. Vliv hořčíku na dělení buněk Dělení buňky je vysoce organizovaný regulovaný proces, rozdělený na několik fází cyklicky se opakujících a tvořících při jednom rozdělení buňky tzv. buněčný cyklus. V buněčném cyklu bylo rozpoznáno 5 fází: G 0 (klidová), G 1, S (syntetická), G 2 a M (mitotická), která postupně přechází jedna v druhou a na základě složitých mnohočetných regulačních mechanismů specifických pro jednotlivé fáze, které řídí a kontrolují průběh každé fáze co do rychlosti jejího průběhu, kvality vzniklých nových molekul DNA a úplnosti proběhnuté fáze. Vliv hořčíku, jako iniciátoru buněčného dělení byl dlouho přehlížen z důvodů domnělé hlavní role vápníku. Ten je pro stimulaci buněčného dělení sice nezbytný, avšak v mnohočetných reakcích regulujících dělení se častěji uplatňuje hořčík a rovněž koncentrace vápníku je v savčích buňkách mnohonásobně menší než-li koncentrace hořčíku (Alberts, 1983). 3.3.2.3. Vliv hořčíku na transport přes buněčné membrány Hořčík se podílí např. na transportu vápenatých iontů, vstupu i výstupu monovalentních kationtů i transportu aniontů. Hořečnaté, vápenaté a monovalentní kationty sodíku a draslíku jsou kompetitivně vázány k fosfolipidovým vazebným místům ve vnitřní membráně. Hořečnaté ionty inhibují výtok K + iontů z buňky. Rovněž Ca 2+ ionty jsou u mitochondrií inhibovány hořčíkem. Hořčík reguluje iontové kanály pro vstup Na + a Ca 2+ do buňky (sodíkovou pumpu Na + -K + -ATPasu a vápníkovou pumpu Ca 2+ -ATPasu) (Agus, 1991). Dále Mg 2+ moduluje alespoň čtyři K + transportní kanály. Mnoho kanálů je výrazně umocněno fosforylací zahrnující camp a je přizpůsobeno cytosolovému hořčíku. Další příklad kontrolní činnosti Mg 2+ se týká glutamátem aktivovaného receptoru iontových kanálů v centrální nervové soustavě obratlovců (Shils, 1997). 3.3.2.4. Vliv hořčíku na nervosvalovou dráždivost a svalovou kontrakci Neuro-muskulární přenos impulsů je zprostředkován acetylcholinovým přenašečem (neurotransmiterem). Nervový impuls způsobí otevření napěťově 28

řízených Ca 2+ kanálů v presynaptické membráně a Ca 2+ ionty vstupují ze synaptického prostoru do presynapse. Zvýšení koncentrace Ca 2+ v presynapsi způsobí uvolnění acetylcholinu ze synaptických vesikulů do synaptického prostoru. Acetylcholin difunduje přes synaptický prostor k acetylcholinovým receptorům, které jsou součástí transmembránového Na + K + kanálu. Způsobí konformační změnu receptoru a dojde k otevření transmembránového kanálu a následnému proudění Na + iontů a K + iontů ven z buňky a tím vzniká plotínkový potenciál. Ten depolarizuje okolní svalovou membránu a vytváří akční potenciál, jež je přenášen podél vlákna a vyvolává kontrakci. Když se kanál uzavírá, acetylcholin je hydrolizován enzymem acetylcholinesterasou. Hořečnaté ionty aktivují hydrolýzu acetylcholinu cholinesterasou a tím brzdí dráždivost nervosvalových zakončení. Dochází k uvolnění napětí svalů. Nedostatek hořčíku, zvláště při nadbytku vápníku, vede ke zvýšení nervosvalové dráždivosti, velký nadbytek hořčíku naopak způsobuje útlum nervové činnosti. 3.3.2.5. Vliv hořčíku na metabolismus tuků Hořčík hraje důležitou roli v regulaci množství cholesterolu v organismu. Podílí se na snižování jeho celkového množství, zejména LDL a VLDL frakce a naopak zvyšuje podíl HDL frakce (Rayssiguier, 1981). Pravděpodobný mechanismus účinku spočívá ve změně aktivity enzymu lecitin-cholesterol-acyl transferasy (LCAT), odpovědného za esterifikaci volného cholesterolu (Rayssiguier, 1984). 3.3.2.6. Regulační úloha hořčíku v kardiovaskulárním systému V srdeční fyziologii například automatické řízení srdce je závislé na Mg 2+ a to mnoha způsoby: vazbou neurotransmiterů na jejich receptory, vazbou receptorů adenylátcyklasy, aktivací G bílkoviny a adenylátcyclasy, aktivací proteinů pomocí Mg 2+ -dependentní fosfotransferasy a modulací různých typů iontových kanálů a udržováním intrabuněčného volného Ca 2+ (Shils, 1997). 3.3.3. Metabolismus Resorpce hořčíku z potravy probíhá v tenkém střevě. Hořčík se resorbuje v lačníku a kyčelníku a je plně saturovatelný v kyčelníku ne však v lačníku. Resorpce postupně klesá přibližně z 65-70 % při příjmu 7-36 mg na 11-14 % při příjmu 960-1000 mg. Odhady absorpce týkající se pasivní difuze byly 10 % a 7 %. 29

Absorpce u mužů je průměrně 21 % a u žen 27 % (Shils, 1997). Vztah mezi nízkým příjmem a vstřebáváním má parabolický průběh, což ukazuje na usnadněnou difuzi nebo aktivní transport. Při vyšším příjmu hořčíku je vztah lineární, což svědčí o pasivní difuzi (Fine, 1991). Absorbovaný hořčík je využíván na růst tkání nebo náhradu metabolicky využitého hořčíku, zbytek je vyloučen. Z těla je hořčík vylučován nejvíce močí. Hlavním regulačním orgánem udržujícím homeostázi hořčíku v těle jsou ledviny (Dirks, 1992). Aktivní reabsorpce hořčíku probíhá v Henleyově kličce v proximálním stočeném tubulu. Přibližně 70 % sérového hořčíku je u lidí ultrafiltrováno v glomerulu. Zdravé ledviny s průměrným příjmem hořčíku reabsorbují asi 95 % filtrovaného hořčíku. Nadbytečné množství je z těla vylučováno močí (Shils, 1997). 3.3.4. Výživa Doporučené denní dietní dávky hořčíku jsou 50 až 70 mg pro děti do 1 roku, 150-200 mg pro děti do 6 let, 350 mg pro dospělé muže a 300 mg pro dospělé ženy. Během těhotenství a kojení by ale denní dávka hořčíku měla být zvýšena na 450 mg (Velíšek, 2002). Doporučený příjem hořčíku navržený WHO/FAO (2004) je uvedený v tabulce 5, jakož i údaje o vztahu jednotlivých doporučení k příslušným odhadům průměrných požadavků na bílkoviny ve stravě a energii. 30

Tab. 5 Doporučený příjem hořčíku (WHO/FAO, 2004) Skupiny Předpokládaná tělesná hmotnost (kg) RNI (mg/ den) (mg/kg) Relativní příjem (mg/g (mg/kcal/ protei den) nu) Kojenci a děti 0-6 měsíců Krmeny 6 26 4,3 2,5 0,05 mat. mlékem Krmeny 6 36 6,0 2,9 0,06 náhražkam i 7-12 9 54 6,0 3,9 0,06 měsíců 1-3 roky 12 60 5,5 4,0 0,05 4-6 let 19 76 4,0 3,9 0,04 7-9 let 25 100 4,0 3,7 0,05 Dospívající 49 220 4,5 5,2 0,10 Ženy 10-18 let Muži 10-51 230 3,5 5,2 0,09 18 let Dospělí 55 220 4,0 4,8 0,10 Ženy 19-65 let Ženy 65+ 54 190 3,5 4,1 0,10 Muži 19-65 260 4,0 4,6 0,10 65 let Muži 65+ 64 224 3,5 4,1 0,09 3.3.5. Projevy nedostatku Dietní nedostatek hořčíku takové závažnosti, že by stačil vyvolat patologické změny, je vzácný. Většina patologických následků nedostatku hořčíku jsou buď neurologické a nebo neuromuskulární poruchy. Pokles hořčíku způsobuje nechutenství, nevolnost, zvracení svalovou slabost, letargii, a je-li nedostatek dlouhodobý dochází ke ztrátě hmotnosti. Nedostatečné zásobení organismu hořčíkem se dále projevuje zvýšeným vlivem stresů na organismus, zvýšenou tvorbou žaludečních vředů, ledvinových kamenů a hemeroidů, zvýšeným výskytem astmatických záchvatů, migrén aj. Postupně se zvyšující závažnosti a trvání nedostatku se projevuje silnou dráždivostí, podrážděností, svalovými křečemi, 31