Физиологическая роль калия и магния
Калий — основной внутриклеточный ион. Нормальное функционирование организма зависит от концентрации калия внутри клетки и в межклеточной жидкости. Адекватное поступление калия с пищей обеспечивает проведение электрического импульса, что необходимо для функционирования сердца и сокращения гладких и поперечно-полосатых мышц, реализации функции мозга и периферической нервной системы; поддержания внутриклеточного осмотического давления; водного баланса. Калий выступает активатором некоторых ферментов; регулятором активности потенциал-зависимых каналов; необходим для поддержания эндотелиальной функции сосудов; нормального уровня артериального давления (АД); кислотно-щелочного баланса в организме; оказывает влияние на высвобождение гормонов (инсулина) [1].
Магний является восьмым по распространенности элементом земной коры, жизненно важным минералом, вторым преобладающим внутриклеточным электролитом после калия и четвертым по количеству катионов в организме. Его содержание в организме взрослого человека составляет около 1000 ммоль (или 24 г), т. е. 20 ммоль/кг мышечной массы тела. Основным депо магния является костная ткань, где содержится около 50–60% от его общего количества, а в мышцах и других мягких тканях — около 40–50%. Он необходим для мышечной релаксации, регулирует минерализацию костной ткани, ее равномерный рост, гибкость, прочность и увеличивает репаративный потенциал костей [2].
Приблизительно треть содержащегося в костях магния доступна для поддержания его уровня вне клетки. Внеклеточный магний в организме (менее 2% от всего магния) содержится в плазме крови и эритроцитах [3].
Магний присутствует во всех клетках как кофактор более 300 ферментов, участвующих в метаболизме глюкозы, синтезе белков и нуклеиновых кислот, образовании и переносе энергии, регуляции тонуса гладких мышц сосудов и функции эндотелиальных клеток, как противоион для макроэргических соединений (АТФ) и нуклеиновых кислот, регулирует трансмембранный транспорт, играет роль в поддержании структуры белков, стабилизации ДНК, синтезе и метаболизме катехоламинов (норадреналин), ацетилхолина и других нейромедиаторов, а также нейропептидов в ткани головного мозга [4].
Магний необходим для поддержания гомеостаза кальция, калия и натрия, играет важную роль в метаболизме витамина D и синтезе его гормональной формы, т. к. активность ферментов (гидроксилаз), гидроксилирующих витамин D3, является магний-зависимой [5–7].
Обеспеченность населения калием и магнием
В разных странах среднее потребление калия — менее 3000 мг/сут, а магния — 350 мг/сут, т. е. ниже рекомендуемого ВОЗ [8]. Среднедушевое потребление калия населением Республики Саха (Якутия) составляет 2107 мг, а магния — 224 мг. В Свердловской области недостаточное потребление магния обнаружено у 55% школьников, у 78,8% работников промышленных предприятий (при дефиците калия у 40,4%) [9, 10].
Среднее потребление калия взрослыми мужчинами в Ставропольском крае близко к норме и больше, чем у женщин [11]. Потребление магния лицами с сердечно-сосудистыми заболеваниями (ССЗ) и ожирением в Московском регионе составило 326,5 мг, калия — 3144 мг [12]. Среди пациентов с метаболическим синдромом и дисбиозом кишечника содержание магния и калия в рационе у женщин заметно меньше, чем у мужчин (304 мг против 424 мг и 2521 мг против 3280 мг) [13].
Удельный вес магния водного происхождения в рационах населения Приморья составляет 2,0–7,5%. Применение бытовых водоочистителей без блока минерализации увеличивает риск развития недостаточности магния [14].
Дефицит магния встречается в 2,5–15% случаев, трудно диагностируется, т. к. уровень в крови не отражает содержание внутриклеточного магния. Причиной дефицита магния являются снижение его содержания в пищевых растениях, использование рафинированных и подвергнутых глубокой технологической переработке пищевых продуктов, наличие хронических заболеваний, лекарственная терапия [15].
Гипомагниемия диагностируется при концентрации магния в сыворотке крови <0,7 ммоль/л при норме 0,7–1 ммоль/л [16]. У 2117 беременных женщин старше 18 лет с клиническими проявлениями дефицита магния (гипертонус матки, судороги ног, преэклампсия, неврастения) его недостаток в рационе имелся в 78,4% случаев, а сниженный уровень в крови — в 80,9% [17].
Недостаток калия и магния как факторы риска заболеваний
Калий. Артериальная гипертензия (АГ) представляет собой один из основных факторов риска развития ССЗ, инсульта и поражения почек и затрагивает около 1 млрд людей во всем мире. Одной из причин пандемии АГ в России является высокое потребление поваренной соли и низкое — калия. Соотношение натрия и калия в моче при АГ превышает 5,7 [18].
Умеренное потребление калия с пищей может приводить к снижению артериального давления (АД) у лиц с АГ, особенно при отсутствии лекарственной терапии, потреблении большого количества натрия и/или недостаточного — калия (<3500 мг/сут). В отличие от натрия калий усиливает кровоток и способствует вазодилатации в результате гиперполяризации мембран клеток гладкой мускулатуры сосудов после активации Na+/K+-АТФазы и калиевых каналов. Ионы К+ высвобождаются также эндотелиальными клетками в ответ на нейрогуморальные медиаторы и вносят вклад в процесс эндотелийзависимой релаксации сосудов [1].
Повышение потребления калия на 1,64 г может способствовать снижению риска инсульта на 21% (p=0,0007) и ССЗ в целом. Повышение концентрации калия в плазме крови улучшает реполяризацию желудочков и снижает риск аритмии у пациентов с АГ, принимающих некалийсберегающие диуретики, которые могут нарушать толерантность к глюкозе и повышать риск развития сахарного диабета 2 типа (СД2) посредством снижения секреции инсулина в ответ на нагрузку глюкозой [19, 20]. Назначение калиевых добавок с тиазидными диуретиками позволяет избежать нарушений секреции инсулина в ответ на нагрузку глюкозой [21].
Употребление умеренных доз калия с пищей не вызывает тяжелой гиперкалиемии или ухудшения функции почек у людей с нормальной функцией почек, даже на фоне блокаторов ренин-ангиотензин-альдостероновой системы. Особую осторожность следует соблюдать только пациентам с тяжелыми нарушениями почечной функции [22]. Увеличенное потребление калия рекомендуется для пациентов без нарушений обмена калия в почках для контроля повышенного АД и профилактики инсульта [23, 24].
Магний является эссенциальным кофактором более 40 ферментов, необходимых для обмена углеводов (гексо- и глюкокиназа, фосфофруктомутаза и др.) и более 30 ферментов — для обмена липидов (ацил-КоА-синтетаза среднецепочечных и лигаза длинноцепочечных жирных кислот, лецитинхолестеринацилтрансфераза и др.). На фоне дефицита магния активность этих ферментов резко падает, что способствует увеличению жировой массы, риска АГ, ожирения, желчнокаменной болезни и др. Так, у пациентов с ожирением и АГ 3 степени уровень магния в крови ниже, чем с АГ 1 степени [25].
Результаты широкомасштабного российского исследования выявили наличие дефицита магния у 47,8% (n=2000) лиц, обратившихся в лечебные учреждения. Только 6% взрослых пациентов 18–50 лет (n=1453) медицинских организаций Центрального, Северо-Западного, Северного и Сибирского федеральных округов России были обеспечены магнием. Дефицит магния был ассоциирован с гиперкоагуляцией, неврологической патологией (парциальная эпилепсия, неврозы, синдром алкогольной зависимости) и с хроническим воспалением (язвенный колит, аллергия, ишемическая болезнь сердца) [3].
Дефицит магния связан с низкой костной массой и остеопорозом, нарушением структуры (дисплазии) соединительной ткани вследствие дестабилизации транспортной РНК, со снижением активности гиалуронансинтетаз и повышением активности металлопротеиназ, гиалуронидаз и лизиноксидазы [2].
При хроническом дефиците магния нарушается соотношение Mg2+: Са2+ (в норме 1:2) [7]. Более высокое значение отношения Mg2+: Ca2+ в питании соответствует более низкой частоте остеопороза, повышенной минеральной плотности кости у мужчин и женщин [2].
Гипомагниемия является также фактором риска обструктивной болезни легких, метаболического синдрома, СД2, болезни Альцгеймера и ССЗ [26–31]. Показано, что увеличение потребления магния на каждые 100 мг/сут сопровождается значимым снижением риска инсульта на 7%, сердечной недостаточности — на 22%, СД2 — на 19%, общей смертности — на 10% [32].
В рандомизированном клиническом исследовании PREDIMED (Профилактика с помощью средиземноморской диеты) выявлена обратная зависимость между потреблением магния с пищей и риском общей смертности и смертности от онкологических заболеваний. У лиц с высоким уровнем потребления магния риск смерти был на 34% ниже вследствие снижения АД, агрегации тромбоцитов, кальцификации и ремоделирования артерий; а также противовоспалительного действия, улучшения функции эндотелия. Он действует как естественный блокатор кальциевых каналов, конкурируя с натрием за сайты связывания на клетках гладких мышц сосудов, повышая уровень простагландина Е, связываясь с калием, индуцируя эндотелиально-зависимую вазодилатацию и снижение АД. Магний также является кофактором фермента дельта-6-десатуразы, лимитирующего превращение линолевой кислоты в гамма-линоленовую, способствуя образованию простагландина E1. Его гипотензивный эффект потенцирует комбинация с калием [33].
Посредством регуляции трансмембранного транспорта ионов натрия и калия, блокады кальция магний может влиять на частоту сердечных аритмий. Его дефицит нарушает функционирование мембранной АТФазы и перенос натрия из клетки, а калия — в клетку. Сосудорасширяющие, антиишемические, антиагрегантные, антиаритмические и противовоспалительные свойства магния способствуют снижению риска ССЗ и смертности от них [34].
Магний может играть профилактическую роль, предотвращая развитие СД2, остеопороза, бронхиальной астмы, преэклампсии у беременных, мигрени и ССЗ, образование камней в почках, развитие катаракты, депрессии и др. [15, 35, 36].
Необходимость пересмотра норм потребления калия и магния
В таблице 1 представлены величины рекомендуемых норм потребления (РНП) калия и магния, принятые в разных странах, которые периодически пересматриваются и уточняются по мере накопления научных данных.
Рандомизированные контролируемые испытания, проведенные в Европе, свидетельствуют о том, что потребление калия более 3500 мг/сут оказывает благоприятное влияние на уровень АД у взрослых, а менее 3500 мг/сут — связано с более высоким риском развития инсульта и других ССЗ [37, 38].
С учетом того, что суточное потребление калия менее 3500 мг ассоциировано с повышенным риском развития инсульта вследствие повышенного АД, в проекте норм физиологической потребности в энергии и пищевых веществах (2020 г.) для населения РФ предполагается увеличение РНП для калия с 2500 мг до 3500 мг/сут.
В связи с тем, что дефицит магния может вызывать гипокальциемию и гипокалиемию, нарушать взаимодействие с витамином D [7] и другими веществами [38], а также с учетом опыта США и Франции в проекте норм физиологической потребности в энергии и пищевых веществах (2020 г.) предполагается увеличение РНП для магния с 400 мг до 420 мг/сут.
Способы повышения обеспеченности населения калием и магнием
Улучшения обеспеченности этими макроэлементами можно достичь прежде всего повышением их поступления в организм за счет пищевых продуктов (традиционных и специализированных), а также медикаментозных препаратов.
Пищевые источники магния и калия
Простая и экономически эффективная стратегия по коррекции дефицита магния и калия заключается в восполнении недостаточного поступления их с рационом [39].
В таблице 2 приведено количество калия и магния в пищевых продуктах и блюдах, потребление которых вносит ощутимый вклад в обеспечение организма этими минеральными веществами.
Основными источниками калия в рационе являются картофель, бобовые, овощи и фрукты. Калий хорошо усваивается, особенно в присутствии пиридоксина (90–95%).
Достаточное поступление магния с пищей обеспечивают цельные злаки, зеленые листовые овощи, орехи и др. Он также содержится в хлорофилле растений, морских и сине-зеленых водорослях. Приблизительно 10% суточной потребности в магнии удовлетворяется благодаря питьевой воде [35]. Высокий уровень магния в питьевой воде является важным фактором, снижающим риск смерти от ИБС, особенно среди мужчин. Нижняя граница концентрации магния, не сопряженная с риском ССЗ, но предрасполагающая к патологии желудочно-кишечного тракта, составляет 22 мг/л [40].
Многие природные хелаторы пищевых продуктов (например, фитиновая кислота), образуя комплекс с магнием, уменьшают его всасывание. Хлеб с отрубями содержит значительное количество фитиновой кислоты. Ее содержание снижается при выпечке дрожжевого хлеба, т. к. в процессе брожения уровень фитатов существенно уменьшается [8].
Всасывание магния снижается и при употреблении овощей с высоким содержанием щавелевой кислоты и ее солей (шпинат) по сравнению с низким (капуста). Затрудняют усвоение магния и фосфаты, содержащиеся в колбасных изделиях. Способствует усвоению магния инулин. Усвояемость магния из минеральных вод с его высоким содержанием приближается к 50%, чуть меньше — величина абсорбции магния из пищи (40–45%) [8].
Дополнительные источники калия и магния
В питании пациентов с хроническими заболеваниями, беременных женщин и других групп населения могут также использоваться специализированные пищевые продукты, биологически активные добавки к пище (БАД), содержащие весомые количества калия и магния [12]. Так, длительный (более 4 нед.) прием калия в составе БАД 1900 пациентами с АГ способствовал снижению уровня систолического АД на 4,48 мм рт. ст., а диастолического — на 2,96 мм рт. ст. Наиболее выраженный антигипертензивный эффект отмечался при исходно низком (<3500 мг/сут) уровне потребления калия, высоком — натрия (≥4 г/сут), высоком соотношении Nа/К в рационе, отсутствии гипотензивной терапии [1].
Одним из способов восполнения недостатка калия и магния является профилактическое использование соли, в составе которой часть хлорида натрия заменена на соли калия и магния (68% натрия хлорида, 27% калия хлорида и 5% магния сульфата). Такую соль используют взамен обычной соли для приготовления блюд и досаливания пищи.
В качестве природного источника магния в специализированных продуктах и БАД используют сушеные морские минерализованные водоросли Lithothamnium coralloides и/или Lithothamnium calcareum (6,6%) с содержанием кальция 30–34% и магния 2,3–3,3%, что соответствует 400–600 мг / 100 г растворимого магния. Съедобные морские водоросли аоса (Ulva pertusa), ламинария (Laminaria japonica) и другие содержат от 400 до 600 мг магния в 100 г. Однако его биодоступность из водорослей очень низкая (менее 5%) [41].
В практической медицине в качестве источника магния используют соли неорганических кислот (оксид с содержанием магния 60%, карбонат — 28,6%, сульфат 7-водный — 9,7%, сульфат безводный — 20%), органических кислот (цитрат магния с 15,8% магния, лактат — с 11,9%), хелаты с аминокислотами (аспарагинат магния — магниевый комплекс 4-водный содержит 6,6% магния). При использовании неорганических солей магния у беременных женщин часто развиваются побочные эффекты: приливы жара, тошнота, головная боль, урежение сердцебиения, связанные с неправильной дозировкой [8]. Поэтому предпочтительно применять его хелаты или соли с органическими кислотами (магния цитрат и магния лактат) [17]. Водорастворимый цитрат является одной из безопасных форм магния, т. к. принимает участие в цикле Кребса.
Наряду с монопрепаратами, содержащими калий (калия хлорид, калия оротат) или магний (магния лактата дигидрат, магния пидолат, магния оротат, магния сульфат), используют комплексные препараты, включающие оба макроэлемента (аспарагинат калия + аспарагинат магния: например, препарат Панангин). Панангин (1 таблетка содержит калия аспарагинат 158 мг и магния аспарагинат 140 мг) длительно применяется в отечественной и мировой практике, являясь одним из наиболее исследованных и эффективных препаратов аспарагината калия и магния. Несомненным преимуществом этого препарата является сочетание калия и магния, что дает возможность проявиться их синергичному действию [42]. Такое сочетание тем более оправдано, что обмен калия и магния тесно связан, а клинически значимая гипомагниемия обычно развивается на фоне гипокалиемии. Входящая в состав Панангина аспарагиновая кислота является природной аминокислотой, которая способствует проникновению ионов калия и магния в клетки, где включается в метаболизм, входя в состав многих белков, а также играет важную роль в обмене азотистых веществ, реакциях переаминирования и образовании пиримидиновых оснований.
Несмотря на то, что в состав Панангина входят пищевые вещества, он зарегистрирован в качестве лекарственного препарата, поскольку его эффективность подтверждена в ходе клинических исследований. Максимальная суточная доза Панангина в комплексном лечении ССЗ составляет 9 таблеток, что обеспечивает дополнительное поступление 10% калия и 27% магния от их рекомендуемого суточного потребления. С профилактическими целями в качестве источника калия и магния препарат используют и в меньшей дозе (по 1–2 таблетки 3 р./сут) [42]. Небольшое содержание минеральных веществ в 1 таблетке позволяет обеспечить дробный прием этого препарата в течение суток, что повышает усвояемость макроэлементов.
Заключение
Таким образом, в настоящее время совершенно очевидна целесообразность компенсации дефицита калия и магния в питании как здорового, так и больного человека. На фоне диетологических рекомендаций по оптимизации рациона (исключение высококалорийной, жирной пищи, включение продуктов — доноров магния с низким содержанием фитатов, дополнение диеты клетчаткой и инулинсодержащими продуктами и т. д.) следует также максимально обогащать рацион достаточным количеством этих микронутриентов.
Благодарность
Авторы и редакция благодарят ООО «Гедеон Рихтер Фарма» за предоставление полных текстов иностранных статей, требовавшихся для подготовки данной публикации.
