Maja Đokić, Nina Bilandžić i Marija Sedak
Maja ĐOKIĆ, dipl. ing. kem. tehnol., dr. sc. Nina BILANDŽIĆ, dipl. ing. biotehnol., znanstvena savjetnica, Marija SEDAK, dipl. ing. prehr. tehnol., Laboratorij za određivanje rezidua, Odjel za veterinarsko javno zdravstvo, Hrvatski veterinarski institut, Zagreb
UvodKemijska svojstva kromaMetabolizam kromaBiološka funkcija kromaUtjecaj kroma na hormonalnu regulacijuUtjecaj kroma na rast i sastav tijelaNedostatak kromaToksičnost kromaZaključakSažetakLiteraturaAbstract
Uvod
E lementarni krom (Cr) otkrio je Vaquelin još davne 1798. godine u rudi krokoit (PbCrO4). Kancerogeni efekt šesterovalentnog Cr otkriven je tek krajem 19. stoljeća kada su prvi puta opisane pojave tumora kod radnika koji su radili s kromovim pigmentima u Škotskoj. Tridesetih godina 20. stoljeća objavljene su razne studije koje opisuju pojavu raka pluća kod radnika koji su u kontaktu sa solima Cr te je tijekom 1936. godine kod radnika u Njemačkoj otkrivena profesionalna bolest prouzročena Cr. Od tada pa do danas Cr se proučava kao mineral s toksičnim efektima na žive organizme (Barceloux, 1999.).Da je Cr esencijalni mineral prvi je puta dokazano u pokusu sa štakorima, dok je kod ljudi prvi puta ispitano 1977. (Jeejebhoy i sur., 1977.). U godinama koje slijede fokus istraživanja bilo je otkriće povezanosti Cr i šećerne bolesti tipa 2 te su tada provedena i brojna istraživanja na životinjama (Schrauzer i sur., 1986.).
Tek je nakon 1990. godine Cr počeo biti proučavan kao esencijalni mineral kod domaćih životinja.
Kemijska svojstva kroma
Krom je sivi, tvrdi metal koji se u prirodi nalazi najčešće u trovalentnom stanju. Heksavalentni se Cr u prirodi može naći u jako malim količinama.
Kromit (FeO*Cr2O3 ) je ruda koja sadrži najveće količine Cr i u svojoj čistoj formi može u sebi sadržavati i do 55% Cr2O3.
U Europi ferokrom se najviše proizvodi u Finskoj, Francuskoj, Italiji, Norveškoj i Švedskoj. Kalij kromat se najviše proizvodi u Njemačkoj, Italiji, Švicarskoj i Ujedinjenom Kraljevstvu. Natrij kromat i dikromat spadaju među najvažnije spojeve Cr i uglavnom se koriste za proizvodnju kromne kiseline, kromovih pigmenata, kod štavljenja kože i za zaštitu od korozije (IARC, 1990.).
Količine Cr u tlu ovise o geografskom području i stupnju kontaminacije iz antropogenih izvora tako da se koncentracije Cr u tlu kreću od 1 do 1000 mg/kg s prosječnim koncentracijama od 14 do 70 mm/kg (EPA, 1984.). Iako Cr u prirodi možemo naći u svim oksidacijskim stanjima od -2 do +6, najčešće ga nalazimo u 0, +2, +3 i +6 valentnom obliku. Elementarni Cr (0) ne nalazimo u prirodi (zemljinoj kori) i biološki je inertan. Gotovo sav Cr u prirodi nalazimo u trovalentnom obliku Cr+3 dok je podrijetlo šesterovalentnog Cr+6 uglavnom industrijsko. Većina spojeva Cr su halidi, oksidi i sulfidi. Dvovalenti Cr je jaki reducens koji se pri kontaktu sa zrakom brzo oksidira u trovalentni Cr.
To objašnjava činjenicu zašto dvovalentni Cr nije prisutan u biološkim sustavima.
Šesterovalentni Cr je druga najstabilnija forma i jaki oksidans, posebno u kiselim medijima te se veže s kisikom i stvara kromat (CrO42-) ili dikromat (Cr 2O72-) koji imaju jaki oksidacijski kapacitet.
Ovakve forme Cr u biološkim sustavima lako prolaze membranu, reagirajući s proteinima i nukleinskim kiselinama unutar stanice tijekom čega prelaze u trovalentni oblik. Kancerogena svojstva Cr+6 dolaze do izražaja pri kontaktu s genetskim materijalom. Trovalentni Cr (Cr+3) je najstabilnija forma Cr u živim organizmima i nema sposobnost prjelaska stanične membrane poput Cr+6.
Isto je tako slabo reaktivan što ga unutar bioloških sustava uvelike razlikuje od Cr+6. Neke forme Cr+3 npr. Cr2O3 se zahvaljujući svojoj slaboj reaktivnosti i apsorpciji unutar gastrointestinalnog trakta koriste kao markeri u proučavanju probavnih procesa (Mertz, 1992.).
Metabolizam kroma
Apsorpcija
Krom u hrani može biti prisutan u anorganskoj i organskoj formi.
Elementarni Cr se ne apsorbira i nema nikakvu nutritivnu vrijednost (Ducros, 1992.). Šesterovalentni Cr pak do ljudi i životinja dospijeva isključivo inhalacijom ili kao produkt industrijskog onečišćenja.
Spojevi Cr+6 otapaju se bolje od Cr+3 spojeva i kao takvi bolje se apsorbiraju u crijevima.
To je dokazano i eksperimentima s izotopima gdje je potvrđeno da je sadržaj 51Cr u krvi tri do pet puta viši kada je izotop dodan kao Cr+6 no ukoliko se Cr uzima oralno veći se dio Cr+6 reducira u Cr+3 prije nego što dođe do mjesta apsorpcije u tankom crijevu. Glavni put ulaska Cr+3 u organizam je kroz probavni trakt. Najaktivnije apsorpcijsko mjesto kod štakora je jejunum, dok je apsorpcija znatno smanjena u ileumu i duodenumu.
Mehanizam apsorpcije Cr u crijevima još nije u potpunosti razjašnjen. Neki radovi spominju proces pasivne difuzije (Stoecker, 1999.). Apsorpcija anorganskog Cr+3 indirektno je proporcionalna njegovom unosu hranom tako da se kod ljudi koji dnevno unose 10 μg Cr apsorbira samo 2% Cr (Anderson i Kozlowski, 1985.). Također se pokazalo da je pri manjim unosima Cr apsorpcija Cr veća, dok se pri većim unosima Cr apsorpcija smanjuje. Postotak apsorbiranog Cr iz hrane smanjuje se dok unos ne dosegne 40 μg po danu nakon čega se apsorpcija stabilizira na 0,5% i ostaje konstantna. Apsorpcija Cr pri dnevnom unosu od 40 do 240 μg po danu relativno je stabilna. Međutim, postotak apsorpcije Cr općenito je nizak i kreće se od 0,4 do 2% (Anderson i Kozlowski, 1985.).
functions and symptoms of Cr deficiency.
Biorasploživost anorganskog Cr manja je od 3% dok je organski Cr deset puta više dostupan. Uzroci niske bioraspoloživosti anorganskog Cr su brojni i vjerojatno su povezani sa stvaranjem netopivih Cr oksida, vezanjem Cr u prirodne kelatne forme te interferencijama s različitim ionskim formama drugih metala poput Zn, Fe i V (Borel i Anderson, 1984.). Osim toga uzroci niske bioraspoloživosti leže i u sporoj konverziji anorganskog Cr u biokativnu formu te niskoj (suboptimalnoj) količini niacina. Apsorpcija se Cr iz hrane pojačava prisutnošću aminokiselina, akorbinske kiseline, ugljikohidrata, oksalata i uz prisutnost aspirina dok fitati i različiti antacidi reduciraju koncentraciju Cr u krvi i tkivima (Hunt i Stoecker, 1996.).
Transport i izlučivanje kroma
Apsorbirani Cr krvlju cirkulira vezan za β-globulin i u tkiva se transportira vezan za transferin. Transferinski receptori su osjetljivi na inzulin i povećanjem ovog hormona u krvi stimulira se transport receptora transferina iz vezikula unutar stanice u staničnu membranu.
Receptori koji su smješteni na površine stanice vežu s Cr zasićeni transferin koji djelomično podliježe endocitozi popraćenoj otpuštanjem Cr u kiselom pH novonastalih vezikula. Krom otpušten iz niza molekula transferina veže se u apokromodulin od kojega pak nastaje s Cr zasićeni kromudulin (Vincent, 2000.).
Krom iz krvi se relativno brzo apsorbira u kosti te se također akumulira u slezeni, jetri i bubrezima (Stoecker, 1999.).
Apsorbirani Cr primarno se izlučuje urinom procesom glomerularne filtracije ili vezan za niskomolekularne organske transportere (Ducros, 1992.). Maleni dio se isto tako izlučuje kroz kosu, znoj i žuč. Prosječna količina Cr izlučena ljudskim urinom je oko 0,22 μg/dan (Borel i Anderson, 1984.) uz dnevni unos od 62 do 85 μg/dan što je u skladu s relativno niskom apsorpcijom (oko 0,5%).
Utvrđeno je minimalno izlučivanje Cr kroz mlijeko (Mohamedshah i sur., 1998.).
Van Bruwaene i sur. (1984.) proučavali su metabolizam Cr kod krava u periodu laktacije te su otkrili da u 102 dana nakon intravenozne primjene 51 Cr čak 63% Cr je izlučeno urinom, 18% izmetom i svega 3,6% mlijekom.
Izlučivanje Cr urinom može se u stresnim situacijama ili zbog prehrane bogate ugljikohidratima povećati čak 10 do 300 puta. Faktori koji utječu na njegovo izlučivanje prikazani su u Tabeli 1.
Izlučivanje Cr urinom ovisi i o unosu Cr kroz dodatke prehrani. Juturu i sur. (2003.) proučavali su izlučivanje različitih oblika Cr urinom kod štakora nakon unosa jednokratne doze od 1000 mg/kg. Pri unosu Cr oksida koncentracija Cr u urinu bila je < 0,2 mg/L dok je unosom Cr klorida i Cr acetata u urinu izlučeno 174 mg/L i 93 mg/L. Praćenje količine Cr izlučenog urinom može poslužiti kao monitoring opterećenja s Cr, ali kratko poluvrijeme eliminacije Cr urinom koje iznosi manje od 2 dana predstavlja određeno ograničenje (Minoia i Cavalleri, 1988.)
Koncentracija kroma u krvi
Do nedavno nisu postojale odgovarajuće metode za analize Cr u biološkim materijalima. Djelomičan razlog tome je taj što je postojao relativno mali broj podataka o koncentraciji Cr u različitim tkivima i tjelesnim tekućinama. Podatci za koncentracije Cr u krvi objavljene u literaturi pojavili su se paralelno s razvojem instrumantalnih tehnika. Do 1978. godine koncentracije Cr kretale su se od 1 do 40 μg/L. Tada dolazi do naglog razvoja atomske apsorpcijske spektrofotometrije kada metode za analizu Cr postaju preciznije što je dovelo i do otkrića znatno nižih koncentracija Cr u biološkim uzorcima. U zdrave populacije koncentracije Cr u serumu kretale su se od 0,035 do 0,04 μg/L, a u krvi od 0,120 do 0,34 μg/L (Veillon i Patterson, 1999.). Anderson i sur. (1985.) otkrili su da je bazalna koncentracija Cr u serumu odraslih osoba 0,13±0,02 μg/L dok je ona nakon 3 mjeseca unosa Cr kroz razne dodatke prehrani iznosila i do 0,38±0,02 μg/L.
Sahin i sur. (1996.) istraživali su koncentracije Cr u krvi stoke s obzirom na sadržaj Cr na pašnjacima pri povećanim koncentracijama Cr. U ovome istraživanju koncentracija Cr u krvi stoke kretala se od 9 do 92 μg/L zavisno o sadržaju Cr u biljkama. Koncentracija Cr u krvi muznih krava tijekom tranzicijskog perioda je iznosila 3-5 μg/L dok dodatak 10 mg Cr po danu nije imao nikakav utjecaj na koncentracije u krvi (Pechova i sur., 2002.a).
Koncentracije Cr u plazmi govore o izloženost i Cr+3 i Cr+6 dok unutrastanični Cr govori o izloženost samo Cr+6. Razlog leži u tome što samo Cr+6 ima sposobnost prodiranja u eritrocite (Minoia i Cavalleri, 1988.). Osim toga niska koncentracija Cr+6 u eritrocitima govori o tome da količina Cr+6 nije nadmašila redukcijsku sposobnost krvne plazme prema Cr+6 (Barceloux, 1999.). Dosadašnja istraživanja pokazala su da određivanje koncentracije Cr u krvi nije dobar pokazatelj statusa unosa Cr i stoga se ne može koristiti za dijagnozu nedostatka Cr u organizmu.
Koncentracije kroma u tkivima
Ukupna količina Cr u ljudskom organizmu kreće se od 0,4 do 6 mg.
Rezerva Cr u odnosu na tjelesnu težinu je veća u novorođenčadi u usporedbi s odraslim osobama. Trovalentni Cr ima tendenciju akumulacije u epidermalnim tkivima (npr. kosa) i u kostima, jetri, bubrezima, slezeni, plućima i debelom crijevu. Akumulacija u drugim tkivima, posebno mišićima je ograničena, odnosno gotovo da je nema (Dubois i Belleville, 1991.).
Ellen i sur. (1989.) pratili su bubrežne koncentracije Cr kod stoke iz različitih regija Nizozemske te kod većine uzoraka koncentracija nije prelazila 10 μg/kg što je ujedno bio i limit detekcije metode. Jamal i sur. (1991.) odredili su koncentracije Cr u različitim organima odraslih kokoši kojima su 3 tjedna davali K2CrO4 u dozama od po 100, 1000 i 5000 μg po kilogramu tjelesne težine. Otkrili su da se Cr akumulirao u jetri, bubrezima, gušterači i slezeni, a ne u krvi, mišićima, srcu i plućima. Male količine Cr nađene su u mozgu kokoši. Anderson i sur. (1997.) su svinjama prosječne težine 30-60 kg davali u hrani 0,3 mg/kg Cr. Tretman je prouzročio povećanje koncentracije Cr u bubrezima svinja s 1,1 na 2,3 μg/kg, jetri s 5,9 na 8,8 μg/kg, dok koncentracija Cr u mišićima nije prelazila 1,5 μg/kg. Lindeman sur. (2004.) pratili su koncentraciju Cr u krmača nakon dodatka Cr pikolinata (0, 200, 600 i 1000 μg/kg) te su u nadbubrežnoj žlijezdi našli 18,4, 20,0, 34,0 i 48,4 μg/kg, bubregu 35,8, 56,4, 132,6 i 176,0 μg/kg, a u jetri 22,8, 37,4, 87,6 i 92,2 μg/kg Cr.
Biološka funkcija kroma
Pretpostavljeni mehanizam djelovanja kroma
Iako postoji veliki broj radova koji opisuje biološku ulogu Cr i njegov utjecaj na žive organizme molekularni mehanizam i dalje je nejasan te na taj način spriječava liječenje bolesti povezanih s homeostazom ovoga elementa. Mikroorganizmi, a posebno kvasci prikladni su za istraživanje aktivnosti spojeva Cr, jer neki od njih imaju sposobnost rasta pri visokim koncentracijama Cr, a dok drugi apsorbiraju velike količine Cr u svojim stanicama i pretvaraju ih u manje otrovne kelatne forme (Ksheminska i sur., 2008.).
Istraživanja su povezivala aktivnost Cr kod živih organizama s faktorom tolerancije glukoze (GTF) čija je aktivna tvar upravo Cr. Utvrđeno je i da aktivnost GTF nije povezana sa sadržajem Cr.
Pozornost je tako od nedavno usmjerena na kromudulin i tada je otkriveno da je GTF samo produkt razgradnje ove prave biološke aktivne forme Cr. Kasnih 80.-tih godina prošlog stoljeća Wada i sur. (1983.) izolirali su Cr vezani oligopeptid tzv. LMWCr ili kromodulin. Molekularna težina ovoga oligopeptida je oko 1500 Da i sastoji se od 4 vrste aminokiselina (glicin, cistein, glutamat i aspartat).
Unatoč svojoj niskoj molekularnoj težini kromodulin veže 4 iona Cr u kompleks od četiri jezgre. Spomenuti oligopeptid izoliran je iz zečje jetre, bubrega svinje bubrega goveda, kolostruma, pasje jetre te iz bubrega miša i štakora (Sumrall i Vincent, 1997.). Kromodulin je prisutan u sisavaca, dok kod drugih životinjskih vrsta nije izoliran. Mehanizam djelovanja kromodulina po prvi je puta opisao Vincent (2000.).
Metabolizam ugljikohidrata
Povezanost između Cr i metabolizma ugljikohidrata prvi puta otkrivena je u istraživanjima s ljudima koji su primali parenteralnu prehranu. Jeejebhoy i sur. (1977.) objavili su rezultate istraživanja na ženama koje su uzimale parenteralnu prehranu kroz 5 godina. Pacijentice su razvile simptome dijabetesa zajedno sa znatnom intolerancijom na glukozu i gubitkom težine. Terapija inzulinom nije bila dovoljna te se stanje pacijentica popravilo tek nakon dodatka 250 μg Cr kroz prehranu tako da je daljna terapija inzulinom postala suvišna. Simptomi slični diabetes melitusu nestali su nakon dodatka Cr u prehranu čime je dokazana povezanost između smanjene osjetljivosti perifernih tkiva na inzulin i nedostatka Cr (Anderson i sur., 1996.). Međutim, poboljšana tolerancija glukoze nije primjećena u svim istraživanjima. Manjak nedostatka Cr i neki drugi etiološki čimbenici mogli bi dati jasnije objašnjenje.
Studije na ljudima i životinjama potvrdile su mogućnost utjecaja tolerancije na glukozu i otpornosti na inzulin kroz unos Cr (Anderson, 2000.).
Dodatkom Cr i inzulina u in vitro pokusima u tkivima životinja dovelo je do povećane oksidacije glukoze koja je rezultirala nastankom CO2 i H2O, povećanom glikogenezom i pretvorbom glukoze u lipide što je sve zajedno dovelo do povećanog iskorištenja glukoze (Anderson, 1997.b).
Metabolizam lipida
Krom je bitan za metabolizam masti i smanjuje rizik za razvoj ateroskleroze.
Primjer toga su štakori i zečevi koji hranom nisu uzimali Cr te su imali povišeni ukupni kolesterol i aortnu koncentraciju lipida te su pokazivali i povećane naslage plaka na krvnim žilama. Unos Cr kroz dodatke prehrani snizuje ukupni kolesterol u krvi, povećava high-density level (HDL) kolesterol i smanjenjuje low-density level (LDL) kolesterol i trigliceride (Lefavi i sur., 1993.). Međutim, unos Cr nije dokazao nikakav drugi utjecaj na ljude (Anderson i sur., 1983.). Ovi nejasni (dvosmisleni) rezultati istraživanja koji se odnose na masti u krvi i lipoproteine mogu biti prisutni zbog razlike u unosu Cr kod različitih pojedinaca. Isto tako studije su uglavnom zanemarivale druge prehrambene navike koje direktno utječu na metabolizam masti. McNamara i Valdez (2005.) proučavali su utjecaj Cr propionata na lipogenezu i lipolizu u masnom tkivu Holstein krava muzara 21 dan prije i 35 dana nakon porođaja. Krom je povećao sintezu masti u potkožnom tkivu i ujedno smanjio oslobađanje u potkožno tkivo. To je mogla biti posljedica vezanja kromodulina s receptorima inzulina te povećanja protoka glukoze u stanice masti (adipocite).
Metabolizam proteina
Pretpostavlja se da je aktivnost Cr posredovana anaboličkim djelovanjem inzulina, međutim ni ostali se mehanizmi ne mogu isključiti. Evans i Bowman (1992.) dokazali su povećanu apsorpciju aminokiselina i glukoze kod mišića štakora kojima je bio davan Cr-pikolinat. Ova promjena unosa nutrienata (aminokiselina i glukoze) bila je povezana s promjenom parametara inzulina i ovisna je o Cr. Ovo istraživanje može objasniti utjecaj faktora tolerancije glukoze i povećanje postotka mišićne mase koje su izvjestili neki znanstvenici.
Poboljšanje unosa aminokiselina u stanice mišića ima pozitivan učinak na ukupno taloženje proteina.
Metabolizam nukleinskih kiselina
Čini se da je trovalentni Cr uključen u strukturu i ekspresiju gena kod životinja. Vezanje iona Cr za nukleinske kiseline puno je snažnije nego kod drugih metalnih iona. Krom štiti RNK od topline denaturacije te se koncentrira u jezgri stanice. Krom povećava in vitro RNK sintezu kod miševa što potvrđuje hipotezu da ima utjecaja na funkciju ge a. Krom sudjeluje u ekspresiji gena tako što se veže na kromatin uzrokujući povećanje inicijacije lokusa i posljedično porast sinteze RNK. Ovo povećanje nastaje zbog poticanja proteina vezanih u jezgri i jezgrine aktivacije kromatina (Okada i sur., 1989.).
Metabolizam mineralnih tvari
Postoji relativno malo radova koji opisuju utjecaj Cr na metabolizam drugih mineralnih tvari. Najviše je proučavan odnos između Cr i Fe jer se oba minerala transportiraju vezani na transferin. Pri niskim koncentracijama Cr i Fe se vežu na različitim položajima transferina dok se pri jednakim koncentracijama Fe i Cr oni nastoje vezati na isti položaj na transferinu. To može biti razlog kraćeg zadržavanja Cr ustanovljenog kod pacijenata koji boluju od hemokromatoze u odnosu na zdrave pacijente ili one koji imaju nedostatak Fe. Krom može utjecati na metabolizam Fe, a uočena promjena u homeostazi Fe najviše je bila povezana s dodatkom Cr pikolinata kao suplementa.
Promjena u metabolizmu Fe povezanu dodatkom suplemenata na bazi Cr otkrili su i uočena je kod ljudi koji su ih uzimali te je u tkivima uočena smanjena koncentracija Fe (Anderson i sur., 1996.).
Metabolizam minerala Al, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, P, Pb, Se, Sr, V i Zn istraživani su u pokusima s kozama pri eksperimentalnom induciranom nedostatku Cr (Frank i sur., 2000.). Koncentracije tih elemenata određivane su u jetri, bubrezima, rebrima i plazmi. Otkrili su da je koncentracija Cu u bubrezima i do 43% niža u usporedbi s kontrolnim uzorcima dok su koncentracije Al, Co i V u bubrezima i jetri znantno više. Razlog povećane koncentracije tih elemenata neki od autora pripisuju smanjenoj koncentraciji Cr koju prouzroči konstantno oslobađanje Cr s veznih mjesta na transferinu koja pak mogu zauzeti različiti minerali.
Utvrđena je smanjena koncentracija nekih mikroelemenata (Zn, Fe, Cu i Mn) nakon dodatka suplemenata na bazi Cr kod miševa (Schrauzer i sur., 1986.).
Proučavajući interakcije između Cr i Cu utvrđeno je da dodatkom Cr nema promjene u koncentraciji Cu u plazmi i jetri kod krava dok je kod teladi dodatak Cr prouzročio povišenu koncentraciju Cu u plazmi 279. dan nakon primjene (Stahlhut i sur., 2006.b). Slično su tome utvrđene i povišene koncentracije Cu u plazmi kod tovljenih bikova koji su dobivali suplemente na bazi Cr (Pechova i sur., 2002.a).
Utjecaj kroma na hormonalnu regulaciju
Brojne studije potvrđuju povezanost između Cr i metabolizma tijekom povećanog fiziološkog, patološkog i nutritivnog (prehrambenog) stresa.
Potreba za Cr kod ljudi i životinja povećava se tijekom razdoblja visokog stresa npr. umor, trauma, trudnoća, prilikom prehrambenog (visoki udio ugljikohidrata u prehrani), metaboličkog, fizičkog, emocionalnog i okolišnog stresa (Anderson, 1994.). Pod utjecajem stresa, povećava se izlučivanje kortizola koji djeluje kao antagonist inzulina kroz povećanje koncentracije glukoze u krvi i smanjenje iskorištenja glukoze od strane perifernih tkiva. Povećana razina glukoze u krvi stimulira mobilizaciju rezervi Cr te se Cr nepovratno izlučuje urinom (Borel i Anderson, 1984., Mertz, 1992.).
Studije su potvrdile smanjenu osjetljivost na stres kod životinja prilikom dodataka suplemenata na bazi Cr kroz smanjene koncentracije kortizola u krvi (Chang i Mowat, 1992., Moonsie-Shageer i Mowat, 1993., Pechova i sur., 2002.b) Ipak, serumska koncentracija kortizola u mliječnih krava nakon porođaja pokazala je nedosljedno povećanje kod životinja koje su dobivale suplement na bazi Cr što upućuje na zaključak da povezanost između Cr i kortizola može biti manje izravna nego što se prvotno pretpostavljalo (Pechova i sur., 2002.a).
Krom ima učinak na poboljšanje vezanja inzulina te povećava broj receptora inzulina na površini stanice i osjetljivost pankreasnih β-stanica zajedno s ukupnim povećanjem inzulinske osjetljivosti (Anderson, 1997.b). Krom djeluje kao kofaktor za inzulin i stoga je aktivnost Cr u organizmu paralelna funkciji inzulina, no pri povećanoj aktivnost inzulina Cr ne može nadomjestiti inzulin. Uz prisutnost organskog Cr niža je razina inzulina dovoljna da se postigne sličan biološki odgovor (Mertz, 1993.). U štakora s deficitom Cr prilikom povećane koncentracije glukoze u krvi otkrivena je povećana sekrecija inzulina (Striffler i sur., 1999.). Stahlhut i sur. (2006.a) su otkrili da nakon 10-45 minuta primjene glukoze, koncentracije serumskog inzulina pokazuju niže vrijednosti kod krava koje su hranjene Cr pikolinatom u odnosu na kontrolnu skupinu.
Mehanizam djelovanja Cr na reproduktivne organe još uvijek nije poznat. Jedna od teorija pretpostavlja da na reprodukciju može utjecati promjena osjetljivosti na inzulin. Najviše pozornosti dosadašnja istraživanja posvetila su proučavanju utjecaja Cr na reprodukciju svinja. Dodatak Cr kod krmača tijekom reprodukcijskog ciklusa ima pozitivan učinak na veličinu legla kod rođenja, kao i na prirast težine prilikom dojenja (Lindemann i sur., 1995.). Utjecaj dodatka Cr u dozama od 0, 200, 600 i 1000 μg/kg kao dodatka prehrani proučavana je u studiji koja je uključivala 353 legla svinja (Lindemann i sur., 2004.). U studiji je uočeno da dodatkom Cr pikolinata dolazi do porasta broja svinja po leglu (9,49, 9,82, 10,94 i 10,07), no ujedno dolazi i do smanjenja porođajne težine (1,61, 1,57, 1,47 i 1,56 kg).
Garcia i sur. (1997.) su proučavali učinak unosa Cr pikolinata na osjetljivost tkiva na inzulin, postotak ovulacije, koncentraciju progesterona i izlučivanje oksitocina. Iako unos Cr ima pozitivan učinak na osjetljivost tkiva na inzulin (smanjuje inzulin: omjer glukoze), postotak ovulacije i koncentracija progesterona ostali su nepromijenjeni.
Utjecaj Cr na reprodukciju goveda slabo je istražen, no unatoč tome otkriven je pozitivan učinak suplemenata na bazi Cr na oplodnju i smanjenje učestalosti endometritisa i zaostajanja posteljice (Pechova i sur., 2003.). Utjecaj nadopune 6,25 mg Cr/dan iz Cr metionina na dojenje i reprodukciju istraživan je u stoke u intenzivnom uzgoju. Krave koje su dobivale suplement Cr bile su dulje u anestriji naspram ostalih (45,5% naspram 32,0%). Dodatak Cr obično je povećavao postotak gravidnih krava u prvih 28 dana nakon U.O.-a, 50,0% naspram 39,2% (Bryan i sur., 2004.).
Utjecaj kroma na rast i sastav tijela
Učinak Cr na rast i sastav tijela najčešće je proučavan kod svinja i goveda.
U dijelu istraživanja u goveda utvrđen je pozitivan učinak unosa Cr na porast težine (Chang i Mowat, 1992., Moonsie-Shageer i Mowat, 1993.) dok u drugih nije utvrđen pozitivan učinak (Swanson i sur., 2000.). Unatoč činjenici da su rezultati bili dvosmisleni, većina se autora slaže da unos suplemenata Cr u razdobljima povećanog stresa ima pozitivan učinak na tjelesnu masu. U periodu nakon povećanog stresa (prodaja, transport životinja) nije pronađen nijedan pozitivan učinak unosa Cr na intenzitet rasta.
Navedene rezultate potvrdili su i eksperimenti na svinjama. Page i sur. (1993.) su otkrili porast težine pri dodatku Cr od 0,05 i 0,2 mg/kg, no ujedno i smanjenje prirasta težine pri dodatku 0,1 mg/kg. Međutim, potvrđen je i pozitivan učinak na prirast tjelesne težine pri dodatku Cr od 0,2 mg/kg (Mooney i Cromwell, 1997.). Dodatak 0-0,8 mg Cr/kg dovodi i do smanjenja linearnog trenda u pogledu unosa krmiva kao i paralelni prirast težine. Utvrđeno je da ne dolazi do povećanja mase pri dodatku Cr nižem od 0,25 mg/kg (Lindemann i sur., 1995., Lien i sur., 2005.).
Proučavanje utjecaja dodataka suplemenata na bazi Cr na sastav tijela posebno na sastav masnog tkiva i mišića nije dalo jednoznačne rezultate.
Tako je jedan dio studija utvrdio utjecaj na povećanje mišićne mase svinja pri dodatku Cr (Lindemann i sur., 1995.), a drugi nije utvrdio takav učinak (Crow i Newcomb, 1997.). Detaljniju studiju na svinjama proveli su Mooney i Cromwell (1997.) koji su životinjama kroz duži period davali Cr u obliku pikolinata i klorida. Studija je pokazala da dodatak Cr nije imao utjecaja na prirast težine iz masti, ali je dodatak Cr pikolinata povećao mišićnu masu za 5,4% dok se sadržaj masti smanjio za 8,2%. Waylan i sur. (2003.) otkrili su da dodatak Cr nikotinata nije imao utjecaja na boju i okus mesa svinja kao i na karakteristike konačnog proizvoda sušenja (slanine).
Kod goveda, dodatak Cr nije imao pozitivan učinak na sastav tijela dok kod ovaca nije imao utjecaj na rast, težinu i sastav glikogena u mišićima, ali je smanjio udio potkožnog masnog tkiva (Gardner i sur., 1998.). U ljudi se dodatak na bazi Cr preporučuje za smanjenje ukupne težine i redukciju masnog tkiva. Rezultati meta-analize čiji je cilj bio utvrditi utjecaj Cr pikolinata na smanjenje tjelesne težine pokazali veoma nizak učinak Cr (Pitler i sur., 2003.).
Nedostatak kroma
Istraživanja koja se bave ispitivanjem nedostatka Cr relativno su rijetka i većina postojećih su rezultat pokusa na životinjama u laboratoriju. Rezultati istraživanja na štakorima, miševima i drugim životinjama prema pregledu fizioloških i biokemijskih simptoma nedostatka Cr navedeni su u Tabeli 2.
U koza kod kojih je eksperimentalno induciran nedostatak Cr uočeno je da su životinje imale veću težinu u periodu od 24 tjedna od životinja iz kontrolne skupine (31,1 kg naspram 20,0 kg).
Ovaj efekt neki od autora objašnjavaju činjenicom da nedostatak Cr narušava (smanjuje) toleranciju glukoze i povećava oslobađanje inzulina što dovodi do hiperinzulinemije. Nedostatak Cr isto tako vodi do povišenih hematoloških parametara (hemoglobin, hematokrit, eritrociti, leukociti i srednji volumen eritrocita), povećane koncentracije ukupnih proteina te hiperinzulinemije (Frank i sur., 2000.).
Toksičnost kroma
Toksičnost Cr povezana je s toksičnošću Cr+6 dok je Cr+3 siguran metal.
Šesterovalentni Cr je topljiviji od Cr+3 i najmanje pet puta toksičniji (Barceloux, 1999.). Toksičnost Cr+3 znatno je niža od toksičnosti ostalih esencijalnih elemenata poput Cu, I, Zn, Mn i Se (Lindemann, 1995.). Toksičnost Cr+6 spojeva temelji se na oksidativnom oštećenju DNK, no detaljan mehanizam toksičnosti još uvijek nije poznat.
Pretpostavlja se da do genotoksičnosti dolazi zbog prijelazne forme Cr+5 koja nastaje unutar stanice kao posljedica redukcije Cr+6 u Cr+3 (Stearns i sur., 1995.).
Izvanstanična redukcija Cr+6 u Cr+3 formu smatra se da ima zaštitni mehanizam.
Glavni zaštitini mehanizam protiv aktivnosti Cr+6 u plućima i želucu je redukcija Cr+6 u Cr+3 s NADPH-zavisnim mehanizmom koji uključuje askorbat.
Studije na životinjama pokazuju da glutation igra važnu ulogu u redukciji Cr+6 u eritrocitima te pokazuje određenu aktivnost u plućima (Suzuki i Fukuda, 1990.).
Trovanje Cr karakterizira se patološki anatomskim promjenama na plućima, bubrezima i jetri. Pluća zahvaća hiperemija i erozija te nakon udisanja Cr dolazi do upalnih promjena na sluznici dišnog sustava. Pod utjecejem Cr+6 spojeva dolazi do senzibilizacije pluća, bronhijalnog spazma ili pak anafilaktičke reakcije. Kronična izloženost Cr može prouzročiti perforaciju septuma nosa i rak pluća. Akutno trovanje Cr+6 dovodi do akutne bubrežne tubularne nekroze koju karakteriziraju kronične promjene (intersticijske promjene) i u konačnici zatajenje bubrega. Bubrežne glomerule obično ostaju neoštećene. Jetreni parenhim razvija nekrozu pri veoma visokim koncentracijama Cr+6 (Lee i sur., 2002.).
Zaključak
Ovaj kratki pregled rezultata istraživanja pokazuje koliko je Cr kao esencijalni element bitan mikroelement neophodan za normalan metabolizam ugljikohidrata, masti i proteina. S druge strane postoje brojna neodgovorena pitanja u svezi unosa Cr pa su tako danas objavljeni znanstveni radovi koji osporavaju esencijalnu funkciju Cr. U prehrani ljudi Cr se koristi kao dodatak prehrani preporučen pri oslabljenom metabolizmu ugljikohidrata koju karakterizira smanjena tolerancija na glukozu i oslabljeno djelovanje inzulina.
Osim toga kao dodatak prehrani Cr ima pozitivan učinak na smanjenje težine te prevenira stvaranje ateroskleroznog plaka u krvnim žilama.
Suprotno tome, dodatak Cr kao suplementa u hrani za životinje trenutno je zabranjen u zemljama EU. Uzrok tome vjerovatno leži u činjenici da su rezultati istraživanja Cr kao dodatka prehrani provedeni na životinjama nejasni.
Pozitivni učinci Cr kao dodatka prehrani kod životinja uključuju smanjenu osjetljivost na negativan utjecaja stresa odnosno okoliša, bolji rast, povećani rast mišićne mase naspram masnog tkiva, poboljšanu funkciju reproduktivnog sustava te podršku rada imunog sustava. Literaturni podatci govore da je pozitivan učinak Cr uočen kod samo 40-50% istraživanja, ovisno o vrsti životinje i utjecaju proučavanog Cr. U ostalim eksperimentima nije utvrđen pozitivan učinka Cr kao dodatka prehrani.
Dobrobit Cr i njegova sigurnost je visoka, pogotovo je važna činjenica da trovalentni Cr nema negativan učinak na zdravlje ljudi i životinja. Dvosmisleni rezultati istraživanja kao dodatka prehrani mogu biti i posljedica nedostatka metodologije za dijagnostiku nedostatka Cr čije bi poboljšanje omogućilo ciljani unos Cr samo kod životinja kod kojih je on potreban. Daljnja bi se istraživanja trebala prije svega usredotočiti na mogućnosti identifikacije nedostatka Cr i na određivanje dnevnih potreba za Cr kod različitih vrsta životinja.
Sažetak
Krajem 19. stoljeća po prvi su puta otkrivena kancerogena svojstva šesterovalentnog Cr te od tada započinje njegovo intenzivno proučavanje. Esencijalna svojstva trovalentnog Cr otkrivena su 1959. godine te se njegov utjecaj na laboratorijske životinje proučava od 1970. godine, a tek kasnije od 1990. godine se s velikim intenzitetom proučava kao esencijalni metal i kod domaćih životinja. Trovalentni Cr je esencijalni metal neophodan za metabolizam ugljikohidrata, masti i proteina. Krom je biološki aktivan kao oligopeptid – kromodulin te potencira učinak inzulina olakšavajući vezanje inzulina na receptore smještene na površini stanice.
Krom djeluje kao kofaktor inzulina te je njegova aktivnost u organizmu paralelna funkciji inzulina. Apsorpcija Cr u organizmu je niska, kreće se od 0,4 do 2,0% za anorganske spojeve Cr dok je apsrospcija organskog Cr čak do 10 puta veća. Apsorbirani Cr krvlju cirkulira vezan za β-globulin te se u tkiva transportira vezan za transferin. Apsorbirani Cr primarno se izlučuje urinom procesom glomerularne filtracije, dok se mala količina izlučuje znojenjem, kroz žuč i majčinim mlijekom. Potreba za Cr raste pod utjecajem stresa, odnosno prehrambenog, metaboličkog i fizičkog stresa.
Ovaj pregledni članak opisuje metabolizam Cr, njegove različite biološke funkcije i simptome nedostatka Cr.
Literatura [… prikaži]
Chromium – metabolism and biological functions
Maja ĐOKIĆ, Grad. Chem. Technology Eng., Nina BILANDŽIĆ, PhD, Grad. Biotechnology Eng., Scientific Advisor; Marija SEDAK, Grad. Food Technology Eng., Laboratory for Residue Control, Department of Public Health, Croatian Veterinary Institute Zagreb
In the late 19 th century, the carcinogenic hexavalent Cr was discovered for the first time and intensive study on this element began. The essential properties of trivalent Cr were discovered in 1959 and its impacts on laboratory animal were studied in 1970. Later in 1990, it was defined as an essential metal in domestic animals. Trivalent Cr is an essential metal required for the metabolism of carbohydrates, fats and proteins. Chromium is biologically active as an oligopeptide, chromodulin, which potentiates the effect of facilitating the binding of insulin to insulin receptors located on the cell surface. Chromium acts as a co-factor for insulin and its activity in the body is parallel to the function of insulin. Chromium absorption in the body is low, ranging from 0.4 to 2.0% of inorganic compounds of Cr, while organic absorption of Cr is up to 10 times higher. The adsorbed Cr blood circulates bound to β-globulin, and the tissue is transported bound to transferrin. Absorbed Cr is primarily excreted in the urine process of the glomerular filtration rate, while a small amount is excreted by sweat, through the bile and breast milk. The need for Cr increases under the influence of nutritional, metabolic and physical stress. This review article describes the metabolism of Cr, its various biological functions and symptoms of Cr deficiency.
