THE DETERMINATION OF EXCHANGEABLE MAGNESIUM POOL MASSES AS A NEW APPROACH TO EVALUATE MAGNESIUM STATUS

Abstract
The present paper is a brief report concerning the exploration of exchangeable magnesium (Mg) pools with the use of stable isotopes and its validation as a method to evaluate Mg status. Stable isotopes have recently been used as research tools to assess the size of the exchangeable pools of minerals as a new approach to evaluate mineral status. As Mg status is difficult to evaluate using conventional status markers, we explored whether this approach could be applied to Mg. Animal studies demonstrated clearly that the determination of the exchangeable Mg pools is an interesting approach to evaluate Mg status, as the size of Mg pool 1, 2 and 3 decreased in proportion to Mg deficiency. However more studies are still necessary to better appreciate the relationship between Mg status and exchangeable Mg pool size in humans.

Artículo completo
Introducción
La deficiencia de Mg puede llevar a graves cambios bioquímicos y sintomáticos.^1,2 En los países desarrollados, si bien ya no existe déficit evidente de Mg, la ingesta en los límites inferiores de este mineral puede provocar un aumento en la prevalencia de deficiencia de Mg marginal.^3,4 La depleción de Mg puede producirse como consecuencia de la desregulación de los mecanismos que controlan su metabolismo. Diversos datos sugieren que la deficiencia de Mg puede encontrarse en diferentes trastornos metabólicos, como enfermedades cardiovasculares, disfunciones inmunes y daño por radicales libres.^1,5,6 Sin embargo, si bien el déficit grave de Mg es de fácil detección, el diagnóstico de la deficiencia leve a moderada es más dificultoso. Recientemente se utilizaron isótopos estables como herramientas de investigación para valorar el metabolismo mineral y el tamaño de los compartimientos de reserva intercambiables de muchos minerales, como los niveles corporales de zinc y selenio.^7-9 Esta estrategia se empleó recientemente en nuestro laboratorio a fin de determinar los valores corporales de Mg^10-12 y el presente artículo revisa estos experimentos.
Estudios en animales
Se realizaron dos estudios en ratas. En el primero, evaluamos los compartimientos de reserva intercambiables en la deficiencia grave de Mg,¹⁰ para lo cual las ratas se alimentaron con una dieta con 1 000 mg/kg de Mg (control) o con una dieta deficiente en este mineral (60 mg/kg de Mg) durante dos semanas. En el segundo ensayo se evaluaron los compartimientos de reserva intercambiables en un espectro de diferentes ingestas dietéticas de Mg,¹¹ por lo cual las ratas se alimentaron con 500 mg/kg de Mg (control), una dieta con deficiencia marginal de Mg (200 mg/kg) o con deficiencia grave (60 mg/kg de Mg) por dos semanas.
Cada rata recibió una inyección endovenosa de una solución isotónica de isótopos estables (1.25-1.5 mg/ml de ²⁵Mg o ²⁶Mg) y se recolectaron muestras de sangre a los 15, 30, 60 y 90 minutos, a las 2, 3, 4, 6 horas y a los 1, 2, 3, 4, 5 y 7 días luego de la inyección de la solución de ²⁵Mg o ²⁶Mg. El contenido de ²⁵Mg o ²⁶Mg de las muestras plasmáticas se determinó por ICP/MS (Plasma Quad II Systems, Fisons, Instruments, Manchester, Reino Unido)¹³ y los datos plasmáticos se expresaron como marcador/elemento marcado, con el marcador = (²⁵Mg o ²⁶Mg de la inyección) y elemento marcado = (Mg total - ²⁵Mg o ²⁶Mg de la inyección).
El modelo compartimental de los datos se realizó con la ayuda del programa SAAM II (estimulación, análisis y modelo [Stimulation, Analysis and modeling]) (SAAM Institute, Inc, Seattle, WA, EE.UU.).¹⁴ La cinética del Mg se determinó mediante un modelo multicompartimental como el descrito por Avioli y Berman¹⁵ y Sojka y col.¹⁶ En la figura 1 se muestra un esquema del modelo. En este modelo, hay tres compartimientos de reserva intercambiables de Mg con diversas tasas de recambio. Los compartimientos 1 y 2 representan aquellos con tasa de recambio relativamente rápida y distribución aproximada de líquido extracelular. El compartimiento 3 es intracelular y contiene más del 70% del Mg intercambiable, con una tasa de recambio de la mitad de los dos primeros. También hay un compartimiento 4 que representa la excreción urinaria y la pérdida fecal endógena de Mg y un compartimiento 5 que representa el depósito de Mg en los tejidos.¹⁶

Figura 1. Cinética del Mg del modelo tricompartimental de Avioli y Berman.¹⁵ Las flechas representan los movimientos intercompartimentales del catión, determinados por la tasa de constantes y las pérdidas irreversibles apropiadas.

En las ratas con deficiencia grave de Mg se alteraron tanto la masa como las tasas de recambio de los compartimientos de reserva. En efecto, en estos animales el tamaño de los tres compartimientos intercambiables de Mg disminuyó significativamente en comparación con las ratas utilizadas como controles (tabla 1). Además, la tasa de transporte fraccional de Mg del compartimiento 1 al 3 en las ratas con déficit de Mg fue tres veces la de los controles y la tasa de pérdida irreversible del compartimiento 1 fue más baja en los animales con deficiencia de Mg.


En las ratas con deficiencia marginal de Mg, el tamaño de los compartimientos 1, 2 y 3 disminuyó en proporción al déficit de Mg (tabla 1) y la masa del compartimiento 3 (M3) fue más sensible que la del 1 (M1) y del 2 (M2) a la modificación dietética (tabla 2). La tasa de transporte fraccional de Mg del compartimiento 1 al 3 aumentó con la deficiencia marginal y grave (tabla 1). Este resultado sugiere mayor avidez del compartimiento 3 para el Mg, lo cual puede evitar la excesiva depleción del Mg intracelular. Por otro lado, la tasa de transporte fraccional del compartimiento 3 al 1 no fue modificada durante la deficiencia de Mg. Además, con el déficit grave y marginal se redujo la pérdida irreversible del compartimiento 1. Debido a que esta pérdida irreversible se explica principalmente por la excreción urinaria y fecal de Mg, este hallazgo es concordante con los mecanismos compensatorios que se producen en el riñón, en el caso de deficiencia de Mg. En efecto, en el riñón, el Mg se conserva cuando su valor corporal es bajo, lo que produce una menor excreción urinaria de este mineral. De este modo, en la rata en crecimiento con déficit de Mg, la excreción urinaria está disminuida y la prueba con isótopos estables demuestra que hay mayor avidez de varios tejidos por este mineral.



Los estudios realizados en animales evidenciaron que la determinación del tamaño de los compartimientos de reserva intercambiables de Mg parece suficientemente sensible para evaluar las concentraciones corporales de Mg tanto en la deficiencia marginal como en la grave. El tamaño de los compartimientos intercambiables refleja mejor el nivel de reserva de Mg en el cuerpo que los niveles plasmáticos, eritrocitarios y tibiales. Es más, el tercer compartimiento intercambiable representa el nivel de Mg tisular profundo que los marcadores convencionales de Mg no pueden medir. La evaluación del nivel de Mg corporal profundo es importante para valorar mejor las concentraciones de este mineral, entender su metabolismo y relacionarlo con el impacto de la ingesta de Mg.Estudios en seres humanos¹²
Diez mujeres sanas participaron en un estudio de intervención por 8 semanas en el que recibieron complementos con Mg y se realizó la determinación cinética del Mg mediante isótopos estables al principio y al final del ensayo. Las participantes tuvieron 24 ± 4 años y la ingesta dietética de Mg fue de 255 ± 35 mg. Cada mujer recibió 366 mg/día de Mg elemental. Antes y después del período de suplementación, se les administró una inyección endovenosa de 40 mg de ²⁵Mg y la curva de desaparición plasmática de Mg fue seguida por los siguientes 7 días. Más precisamente, a cada persona se le insertó un catéter endovenoso en el brazo derecho, a través del cual se perfundieron 40 mg de ²⁵Mg en 50 ml de solución salina (0.9% de solución de cloruro de sodio, pH 6.5) durante 30 minutos (el final de la perfusión se consideró como T0). A cada mujer también se le colocó un catéter endovenoso en el brazo izquierdo para la obtención de muestras sanguíneas en T15, T30, T60, T90, T120, T180, T240, T360, T480 y T600 minutos. Al día siguiente, se obtuvieron muestras sanguíneas en los días D1, D2, D3, D4, D5 y D7 luego de un ayuno de toda la noche. Se midió la excreción urinaria total de 24 horas de Mg en el día 2, un día antes y el día de la carga isotópica. Después se calcularon la masa y la tasa de transporte fraccional de los tres compartimientos de reserva de intercambio rápido de Mg, como se muestra en la sección de estudios animales.
Los resultados demostraron que el complemento con Mg no tuvo efecto sobre el nivel plasmático total de Mg, pero significativamente se incrementó el Mg plasmático ionizado (tabla 3). Este hallazgo sugiere que el Mg plasmático ionizado es más sensible a la ingesta de Mg que el nivel de Mg plasmático total. No obstante, para validar la determinación de Mg plasmático ionizado como índice apropiado de las concentraciones corporales de Mg son necesarias mayores investigaciones para lograr una medición estandarizada del Mg ionizado. El nivel de Mg eritrocitario no fue modificado por el complemento con Mg, mientras que la excreción urinaria de este mineral estuvo significativamente aumentada con la suplementación. Este último resultado es congruente con la regulación renal normal de las reservas corporales de Mg. En efecto, en personas con repleción de Mg, el exceso es excretado, mientras que en aquellas con deficiencia de este mineral, se produce la reabsorción del Mg secretado.



El complemento con Mg no modificó el tamaño de los compartimientos de reserva intercambiables de Mg (tabla 3). Estos hallazgos concuerdan con otros estudios que informaron la ausencia de modificación de las reservas corporales de Mg luego del suplemento con Mg en adultos sanos jóvenes¹⁷ y en atletas con niveles séricos de Mg bajos a normales.¹⁸ Además, un ensayo reciente¹⁹ comunicó la misma observación en el caso de la depleción de zinc, por ejemplo, la masa del compartimiento total de zinc se mantuvo en hombres sanos con ingestas dietéticas de este mineral reducidas en un período de 10 semanas. Tales observaciones difieren de los hallazgos evidenciados en ratas.¹¹ En efecto, en las ratas observamos que un incremento en más de dos veces en la ingesta de Mg (200 mg/kg correspondientes a una dieta con deficiencia marginal de Mg a una dieta con 500 mg/kg de Mg) llevó a un aumento del 22% en el tamaño de los compartimientos de reserva de Mg. De este modo, el tamaño de los compartimientos intercambiables de Mg puede no ser un parámetro sensible para identificar las variaciones en las concentraciones corporales del mineral en seres humanos, a diferencia de lo que ocurre en las ratas. Otra posibilidad es que, mientras la ingesta de Mg estuvo por debajo de los requerimientos dietéticos recomendados (6 mg/kg de peso para el adulto),²⁰ las reservas de Mg, sin embargo, fueron adecuadas en mujeres sanas antes del complemento con Mg, de este manera, el suplemento con este mineral no modificó el tamaño de los compartimientos de Mg pero incrementó su excreción urinaria. También es posible que el período de complemento con Mg de 8 semanas no haya sido lo suficientemente prolongado como para identificar un efecto de la suplementación sobre las reservas de Mg.
Conclusión
Los estudios realizados en animales demostraron que la determinación de los compartimientos de reserva intercambiables de Mg mediante isótopos estables constituye un enfoque interesante para evaluar los niveles corporales de Mg. En efecto, los tamaños de los compartimientos intercambiables de Mg varían con la dieta y el tercer compartimiento representa el nivel tisular profundo de Mg que los marcadores convencionales de este mineral no son capaces de medir. Sin embargo, el ensayo en seres humanos no reveló una modificación en el tamaño de los compartimientos de reserva intercambiables de Mg luego del complemento con Mg en mujeres sanas. Por ende, es necesaria la realización de más estudios en seres humanos con deficiencia manifiesta de Mg de origen dietético o metabólico para apreciar mejor la relación entre los niveles corporales de Mg y el tamaño de los compartimientos de reserva intercambiables en seres humanos.
Los autores no manifiestan conflictos.

Bibliografía del artículo

1. Durlach J (2000): Le magnésium en biologie et en médecine, 2^me Edition, EMInter, Cachan, 403p.
2. Rayssiguier Y, Mazur A & Durlach J (2001): Advances in Magnesium Research, Nutrition and health. John Libbey & CompanyLimited. England, 455p.
3. Pennington JA & Schoen SA (1996): Total diet study: estimated dietary intakes of nutritional elements, 1982-1991. Int J Vitam Nutr Res 66, 350-362.
4. Galan P, Preziosi P, Durlach V, Valeix P, Ribas L, Bouzid D, Favier A & Hercberg S (1997): Dietary magnesium intake in a French adult population. Magnesium Res 10,321-328.
5. Rude RK (1998): Clinical review. Magnesium deficiency: a cause of heterogenous disease in humans. J Bone Min Res 13, 749-758.
6. Malpuech-Brugere C, Nowacki W, Gueux E, Kuryszko J, Rock E, Rayssiguier Y & Mazur A (1999): Accelerated thymus involution in magnesium-deficient rats is related to enhanced apoptosis and sensitivity to oxidative stress. Br J Nutr 81, 405-11.
7. Janghorbani M, Martin RF, Kasper LJ, Sun XF & Young VR (1990): The selenite-exchangeable metabolic pool in humans: a new concept for the assessment of selenium status. Am J Clin Nutr 51, 670-7.
8. Lowe NM, Bremner I & Jackson MJ (1991): Plasma 65Zn kinetics in the rat. Br J Nutr 65, 445-455.
9. Fairweather-Tait SJ, Jackson MJ, Fox TE, Wharf SG, Eagles J & Croghan PC (1993): The measurement of exchangeable pools of zinc using the stable isotope 70Zn. Br J Nutr 70, 221-234.
10. Feillet-Coudray C, Coudray C, Gueux E, Mazur A, Abrams S & Rayssiguier Y (2000-a): Compartmental analysis of magnesium kinetics in Mg-sufficient and Mg-deficient rats. Metabolism 49, 1326-9.
11. Feillet-Coudray C, Coudray C, Brule F, Gueux E, Mazur A, Abrams SA & Rayssiguier Y (2000-b): Exchangeable magnesium pool masses reflect the magnesium status of rats J Nutr 1, 2306-11.
12. Feillet-Coudray C, Coudray C, Tressol JC, Pepin D, Mazur A, Abrams SA & Rayssiguier Y (2001): Exchangeable magnesium pool masses in healthy women: effects of Mg supplementation. Am J Clin Nut 75, 72-78.
13. Coudray C, Pepin D, Tressol JC, Bellanger J & Rayssiguier Y (1997) : Study of magnesium bioavailability using stable isotopes and the inductively-coupled plasma mass spectrometry technique in the rat: Single and double labeling approaches. Br J Nutr 77, 957-970.
14. Barrett PH, Bell BM, Cobelli C, Golde H, Schumitzky A, Vicini P & Foster DM (1998): SAAM II: Simulation, Analysis, and Modeling Software for tracer and pharmacokinetic studies. Metabolism 47, 484-92.
15. Avioli LV & Berman M (1966). Mg28 kinetics in man. J Appl Physiol 21, 1688-1694.
16. Sojka J, Wastney M, Abrams S, Lewis SF, Martin B, Weaver C & Peacock M (1997): Magnesium kinetics in adolescent girls determined using stable isotopes: effects of high and low calcium intake. Am J Physiol 273, R710-R715.
17. Wary C, Brillaut-Salvat C, Bloch G, Leroy-Willig A, Roumenov D, Grognet JM, Leclerc JH & Carlier PG (1999): Effect of chronic magnesium supplementation on magnesium distribution in healthy volunteers evaluated by 31P-NMRS and ion selective electrodes. Br J Clin Pharmacol 48, 655-662.
18. Weller E, Bachert P, Meinck HM, Friedmann B, Bartsc P & Mairbaurl H (1998): Lack of effect of oral Mg-supplementation on Mg in serum, blood cells and calf muscle. Med Sci Sports Exerc 30, 1584-1591.
19. Pinna K, Woodhouse LR, Sutherland B, Shames DM & King JC (2001): exchangeable zinc pool masses and turnover are maintained in healthy men with low zinc intakes. J Nutr 131: 2288-2294.
20. Rayssiguier Y, Boirie Y & Durlach J (2001) Magnésium. In: Apports nutritionnels conseillés pour la population française (dietary recommendations for french population). Editor: A Martin. Edition Tec et Doc, Londres Paris NY. 2001, pp 146-149.