background image

 
 

 

Trace  Elements

 

Objective:  principal  of 

biochemistry,

 

 

functions

 

&

 

disorders

 

of

 

most  common

 

trace

 

 

 

 

elements

 

 
 
 
 

Basil  O  M  Saleh  for  2

nd 

Year  coll.  Of

 

Medicine.2012.

 


background image

Trace  elements  Tes 

TES  are 

expressed in µg/dl in fluids and mg/kg in tissues. The 
ultraTE  are  expressed  in  ng/dl  in  fluids  and  µg/kg  in 

tissues.  They  are  essentials  when  the  sign  and 
symptoms  induced  by  an  element  deficiency  are 

reversed only by adequate supply of that element. TEs 
are  important  or  essential  for  many  critical 
biochemical  processes,  deficiencies 

are 

often 

associated with decreased activities of the Enzymes Es 

that require TEs for optimal activity. Function can be 

restored  by  dietary  replacement,  but  must  be  in  

care 

from  toxicity.  A  chemical  element  required  in  

minute 


background image

quantities by an organism to maintain proper physical 

functioning. 


background image

 

 

Dose-Effect 

relationships:

 

In low intake of an element the biological function of 
humans 

decreased(determintal 

effects), 

with 

continues  supply  or  intake  of  element  the  biological 
functions  improved  with  approaching  the  pletaue 
region(constant  optimal  human  function  even  with 
increased element concentrations), but with increased 
element levels the biological functions decline(Toxicity 
region,  which  depend  on  element  and  its  chemical 
structure 

in 

the 

diet). 


background image

Iron 

Fe: 

I

ron is widely distributed throughout the human 

body with≈3-5 g in 70 kg human body,1. in Hb of 
RBCs(2g),2.  storage  iron  in  the  form  of 

Ferritin 

and hemosiderin.Ferritin is found in 

all  tissues  mainly  hepatocytes  and  in  bone 
marrow  and  spleen.  This  stored  iron  ,may  be 
first  depleted  in  iron  deficiency  states.  This 
stored  iron  is  ready  for  Hb  and  other  heme 
proteins formation and in this form iron shielded 
from  oxidative  toxicity(ionic  Fe+3  is  toxic 
;prooxidant). 


background image

 

3.Tissue iron, this repressents the amount of iron 
in  enzymes  or 

cofactors  for  enzymes; 

peroxidases, cytochromes(heme  proteins),  many 
CAC  enzymes.  4.  Myoglobin  resembles  Hb  but 
monomer and deals with storage of   O2   

in 

muscles. 

Transferrin 

is 

the 

carrier 

protein(transporter)  of  iron  in  blood  and 
intracellular 

 

compartments. 

 

Dietary 

requirement is    ≈1mg/day   to   compensate   that  
lost  from  body, mainly 

in 

feces. 

 

Excretion 

 increased   in 

menstrauting women 20 mg/cycle. 


background image

 

 
 
 

 
 
 

 

Intestine  is  the  

regulatory step 

in  homeostasis 

of  iron.  In  iron  deficency(decreased  body  iron 
content), the  amounts of the intestinal absorbed iron 
and their  release  into the circulation  are increased  
to
 
compensate the body’ s deficiency. The inverse in case 
of  iron  overload(increase  of  iron  body  content),  
most
 
of the absorbed iron is sloughed during the sheding of 
the enterocytes. 


background image

Functions  of  iron 

mainly  in  transporting(as 

part  of  Hb)  of  O2  from  lung  to  the  tissues,  and 
returing  of  CO2  to  the  lung  excretion  in  ventilation. 
Iron in Hb must be in Fe  +2, if Fe+3 is  nonfunctional 
Hb=  metHb.  Peroxidase  and  catalase  to  remove  of 
H2O2  and  free  radical  as  H2O.  Thyroperoxidase 
involved 

in 

formation 

of 

thyroid 

Hs. 

Disorders: 

Iron  deficency;  Anemia

.  It  is  the  most 

common  disease,  affects  ≈15%  of  worldwide 
population. 


background image

 

 
 
 

Menstrating,  pregnant,lactating  women,  
neonate(low
 
milk iron content), children, and adolescents at higher 
risk  of  iron  deficiency.  Increased  blood  loss  and  low 
dietary iron intake= decreased iron body stores and so 
iron  deficiency(anemia):  investigations:  low  serum 
iron(in  most  but  not  all),  increase  Total  Iron  Body 
Capacity  TIBC(unoccupied  sites  on  transferrin), 
decrease  RBCs,  MCHC  and  microcytic  anemia.  But 
now  the  more  sensitive  and  reliable  test  in  iron 
deficency is serum 

ferritin. 


background image

 

 
 
 

 
 
 

 

Iron  overload

secodary 

in  poisoning  of 

iron 

by 

oral 

ingestion 

or 

parentral 

administration.  In  Primary,  hemochromatosis 
and  hemosiderosis.  In  iron  overload,  serum  
iron
 
increased and TIBC is decreased, serum ferritin is 
not 

reliable 

in 

this 

disorder. 


background image

 
 

 
 
 

 

Primary  Hemochromatosis

:  overload 

of  iron  due  to  genetic  defect  in  which  there  is 
increased  absorption  of  intestinal  iron  even  with 
normal dietary  content.  Symptoms:  which  are  due  
to
 
toxic  accumulation  of  iron  in  organs  are:  D  M, 
bronzing  of  skin  and  cirrhosis.  Hemosiderosis:  iron 
overload,but  without  tissues  injuries(due  to  excess 
iron medication). 


background image

Copper 

Cu:

 

I

s an important element found in +1 and +2. it is 

found  in  meats;liver  and  kidney,also,  in 
shellfish,nuts,  whole  grain  cereals…  .  Lower 
amounts in dairy products;cow΄ s milk and white 
meats.  Absorbed  Cu  is  transported  to  liver  by 
albumin, 

where 

it 

incorporated 

in 

cupproenzymes  and  proteins,  the  major  one  is 
apoceruloplasmin+Cu=  ceruloplasmin.  2/3  of 
body  Cu (80-100  mg)  in skeleton  and  muscle,  in 


background image

blood 

90 

of 

Cu 

incorporated 

in 

ceruloplasmin(glycoprotein). Excretion mainly by bile- 
intestine(0.5-2  mg)=feces,so  in  bile  obstruction= 
increased 

of 

Cu 

accumulation. 

 

Functions:  

Essential component  of  cuproenzymes 

and  structural  proteins:  1.Cytochrome   C  oxidase  of 
respiratory  chain=  ATP  production,   2.  lysyl  oxidase 
involved in structural proteins;collagen and elastin, so 
important    in    connective  tissues   formation;skin, 
skeleton,  3.   Dopamine  hydroxylase  and  monoamino 
oxidases      

involved  

  in 

   catacholamine 

synthesis(adrenaline  and  noradrenaline)  so  important 
for CNS function,
 


background image

 

4. 

Tyrosinase  involved  in  melanin  synthesis  5.  IC  and 

EC  superoxid  dismutase  SOD  involved  in  antioxidant 
defence. 5. Ceruloplasmin (ferroxidase) is important in 
in  normal  iron  metabolism  and  Hb  formation. 

Disorder 

is 

Menkes΄syndrome 

recessive   X-linked 

genetic  defect  in  copper  transport  from  intestinal 
mucosa(normal    absorption),    so   Cu  cannot   be 
transported  to  liver  and   results  in  Cu   deficiency= 
mental  defect,   failure  to    thrive,    diminshed  Cu 
containing enzymes, connective tissues abnormalities, 
kinky  hair  and early  death.  Anemia    due    to    defect  
in normal metabolism of Iron.
 


background image

Wilson  ΄s  disease

.. Cu overload disorder. 

It    is    a

utosomal  genetic  defects  in  incorporation  of 

Cu into  apoceruloplasmin=accumulation 

of 

the 

abosorbed,transported Cu into liver(not exported into 
circulation  from  liver),  kidney,  cornea,  brain…  .=liver 
cirrhosis,  brain  lesions,   Kayser  Fleischer  rings;  low 
S.Cu(˂50   µg/dl),  high   urinary    Cu  excretion,  low 
S.ceruloplasmin(˂200 mg/l). Liver biopsy: normally Cu
 
8-40 

µg/kg, 

in 

this 

disease 

˃250µg/kg. 

S.Ceruloplasmin is acute phase reactant  so increased 
in acute inflammation and OC pills. 


background image

Zinc 

Zn

it  found  in  meat,  fish  and  dairy 

products.  RDA  8-11  mg/day,  pregnant  and  children 
increase  requirement.  Absorbed  Zn  transported  to 
liver  bound  to  albumin  and  α2-macroglobulin. 

 

Excretion  mainly  bile-intestine. 

Zn 

is  an  important 

cofactor  for  ˃300   enzymes.  Also,  integral  component 
of  important   enzymes;ALP,     Alcohol   DH,    carbonic 
anhydrous(  the  latter   predominant  in    RBCs)  .Zn 
enzymes    are    essential    for    DNA    and  
RNA(polymearses enzymes  so  

  essential  for 

 

growth,wound    healing), 

integrity 

of 

connective  tissues,  reproductive  function, the  
immune   system and   protection  from  free radical 
damage(SOD).   Insufficient  dietary   Zn   is    important 
cause  of   deficiency,  PO4     and  fiber=decrease   Zn 


background image

absorption. 


background image

 

 
 
 

 
 
 

 
 
 

Zn 

deficiency; 

clinical 

features: 

growth 

retardation(dwarfism),  skin  lesions,  alopecia,  slow 
wound healing, diarrhea, impotence, and tendency to 
infections(decrease 

T-cell 

function). 

Acrodermatitis 

Enteropathica 

characterized by low blood Zn;dermatitis,alopecia and 
diarrhea. 


background image

 

Chromium 

Cr

 

RDA  is  ≈  50-200µg/d.  forms  Cr  +3  and  +6,  the  
Cr+6  is
 
toxic(oxidant,damage  tissue  damage).  Processed 
meats,whole  grain  products,  green  beans  are  good 
sources,  but  fruit  and  dairy  products  are  not.  After 
intestinal  absorption  transported  by  transferrin  with 
equal  affinity  to  Fe+3.It  is  essential  as  it  is  a  potent 
activator  of  Insulin,  Cr  deficiency  is  associated  with 
Insulin resistance and impaired glucose tolerance and 
Cr  supplementation  improved  glucose  tolerance  and 
decreased  total  cholesterol  in  Type  2  DM. 


background image

 
 

Cr  +6  is  carcinogenic;  contamination(leather  tanning 

 

and  dyestuff  industries)

 

with  this

 

ion

 

=increased

 

incidence  of  lung  cancer, 

Selenium

 

dermatitis

 

and

 

skin  ulcers. 

Se

 

 
 

 

It  has  essential  functions:  cofactor  for  glutathione 
peroxidase 

GPX(Antioxidant 

enzymes) 

and 

iodothyronine 

deiodinase(ENZYMES 

of 

thyroid 

hormones 

synthesis) 

It 

has 

antioxdant 

function(component of GPX), and involved in thyroid 
Hs metabolism(T4→T3). 


background image

 

 

 
 
 

 
 
 

 
 
 

Se 

soil contents is important in incidence of element 

deficiency.  Deficiencies  Disorders  are 

Keshan  disease

 

is  endemic  cardiomyopathyin  childern  and  young 
adults, 

Kashin-Beck  disease 

it  is  severe  arthritis, 

Thyroid diseases

: endemic goiter(hypothyroidism with 

low T3), 


background image

 

 

 

 
 

 

 

Floride  F 

is  important in preventing dental 

caries, incorporated into bone crystal, increasing bone 

mass  in  vertebrae. 

from  GIT→bone+teeth.  Renal 

excretion  is  major  route  of  excretion.  Measurement 
by  Ion-selective electrodes. Sources by addition of  F 
to water and sugar and salt. Toxicity mottling of teeth 
and calcifications of soft tissues. 


background image

 

 

 
 
 

 
 
 

 
 
 
 

Manganese 

Mn

 

Present  in  +2  and+3.  it  is  activator  for  several 
enzymes; 

arginase(urea 

cycle), 

pyruvate 

carboxylase(gluconeogenesis), and SOD. Its deficiency 
features is rare, but may be seizures and eplipsy. 


background image

 
 

 
 
 

 
 
 

 

Cobalt  Co 

It is essential for human only as integral component of 

vit.B12 (cobalmin), however, B12 must be supplied as 
that in diet and Co cannot interacts with pool of body 

vit.B12. The physiological signs of severe vitamin B

12 

deficiency are 

 megaloblastic 

anemia, spinal cord 

demyelination

and 

peripheral neuropathy


background image

 

Iodine 

This    trace    element    has    one    known    function    in  
higher
 
animals  and  humans;  it  is  a  constituent  of 

thyroid

 

hormone

s  (

thyroxine

,  T

4

)    and   triiodothyronine  (T

3

). 

iodine prevented 

 goiter

enlagement of thyroid gland, 

and  increased   iodine  intake  was   associated  with 
decreased  endemic   

cretinism

,   the   arrested  physical 

and mental development caused by the lack of 

 thyroid 

hormone.    Today,    the consequences 

 of   

iodine 

deficiency 

still  are  a  major  public  health  problem  in 

the world. 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 8 أعضاء و 127 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل