摘要

镁是500多个酶系统的辅因子，是仅次于钾的第二丰富的细胞内阳离子。它在许多生理、细胞和生化功能和系统中起着关键作用，从激素受体结合、阳离子和阴离子的跨膜通量、肌肉收缩、神经传导、心脏等方面都起着重要作用c功能和稳定性、血管舒缩张力的控制和血流分布等。血清总镁测量表明，在许多类型的住院患者中，镁会减少。在正常的食物制备方法（如煮沸、煎炸等）中，镁会减少和加工。自1900年以来，每天的镁摄入量一直在下降，从500-600毫克/天下降到150-225毫克/天。令人惊讶的是，大多数哺乳动物，包括人类，都表现出相似的血清镁水平。总体而言，这表明血清或血浆中的总镁测量值不是反映什么的敏感血液变量或分析物可能发生在细胞和亚细胞水平。此外，已知Mg至少以三种形式存在：游离或电离、复合和蛋白质结合。此外，直到我们的研究，还没有方法在ER和or中快速分析所需的全血样本上测量电离Mg。在本报告中，我们回顾了许多stri利用镁制备的des^2＋离子选择电极，它们的准确性，以及它们在许多人类疾病、病理生理状态和动物中的应用。我们的论点是，Mg的使用^2＋离子选择电极在许多疾病的诊断和治疗中应该被证明是无价的。这些维生素e在临床上也很有用，可以用来确定体内的镁平衡以及从饮食中摄取的镁是否能提供足够的镁。

关键词

血镁水平;糖尿病;心脏疾病;终末期肾脏疾病;偏头痛

缩写

毫克^2＋:电离镁;缺血性心脏病;³¹P-NMR:磷31核磁共振波谱;网膜症:非胰岛素依赖糖尿病;麻:血液透析;CAPD:连续流动腹膜透析;伊势:离子选择性电极;RBC:红细胞。

介绍

除钾外，镁(Mg)是细胞内第二丰富的阳离子和体内第四丰富的阳离子。Mg是500多种细胞酶的辅助因子，涉及:细胞能量产生(和利用)，膜功能，如各种受体，激素受体结合，钙通道门控，阳离子和阴离子跨膜通量，腺苷酸环化酶的调节，DNA和RNA分子结构的调节，肌肉收缩，和细胞内Ca的控制^2＋ca^2＋释放。此外,毫克^2＋具有稳定细胞膜、调节细胞生长和繁殖的作用，具有天然钙的功能^2＋拮抗剂，从而调节肌肉收缩、放松和神经递质释放。二价阳离子的减少会导致炎症、心脏病发作、高血压、中风、哮喘发作、心脏猝死、心绞痛、腿抽筋、偏头痛和许多其他疾病。毫克^2＋因此，对脑和周边的骨骼肌肉活动和功能，心脏兴奋性，神经肌肉传递，神经传导途径，血管术（血液中的分布（在大脑和大脑中的分布）中发挥着重要和多种作用外围循环）。最近，米格^2＋[1]在控制细胞凋亡(细胞死亡)中起着非常重要的作用。

在过去100多年中，全世界膳食镁摄入量逐渐下降

过去100年中，来自北美、欧洲、非洲、亚洲、澳大利亚和南美洲的多个流行病学数据表明，膳食镁摄入量从450-600毫克/天下降到35-75%，导致不足100-400毫克/天，具体取决于地理区域[2-7]。许多因素增加了我们对镁摄入量的需求。高钙、磷酸盐、维生素D甚至高蛋白饮食的饮食摄入将导致更高的每日镁需求，以维持正镁平衡[6,7]此外，环境压力以及高脂肪或高碳水化合物饮食将增加对高于正常每日摄入量的镁的需求[6,7]。

食物制备的类型会导致镁的缺乏

从饮食中摄入镁会改变组织和血液中镁的含量，尤其是如果食物在食用前先烹饪。煮沸大多数天然富含镁的食物将导致其镁含量的大量损失，这反过来可能导致组织和细胞外的游离镁含量不足^2＋．许多食品的精制和/或加工将导致Mg含量的大量损失(例如，78-99%)，因此，膳食摄入可能被证明是不充分的[2,6,7]。

住院患者患者在血清MG水平中表现出损失

当进行适当的测试时，镁平衡中的干扰现在被认为是相当普遍的。据观察，住院患者的低镁血症发生率通常在7 - 65%之间[2,8,9]。精明的临床医生经常会给低镁血症和正常镁血症患者服用镁盐，以治疗他们的抗心律失常、血管舒缩和神经元活动，以及表现出子痫前期、心肌梗死和缺血性心脏病的患者。由于高或低的血清镁浓度都可能危及生命，因此能够评估和监测电离镁的准确水平非常重要^2＋在我们看来，在全血、血浆或血清中的任何一种情况下，生理活性Mg。

酒精、药物和化疗导致的Mg水平降低

临床医生和急诊室的工作人员必须时刻注意酒精和药物引起的体内镁储备的流失。虽然酒精是人体Mg[2]最大的药物浪费者，但可卡因、海洛因、PCP和其他滥用药物也是人体Mg的最大浪费者，不幸的是，它们通常被临床医生忽视，被视为潜在的因果因素。许多癌症化疗药物(如顺铂)以及用于预防烧心的药物(如质子泵抑制剂)、利尿剂(如噻嗪类、呋塞米)、某些知名的心脏药物(如洋地黄)和某些抗生素(如，阿奇霉素(阿奇霉素)也是身体镁的浪费者，通常也被忽视为心血管问题的病因，特别是。

大多数哺乳动物(包括人类)血清中总镁含量相似

尽管包括人类在内的哺乳动物对Mg的每日摄入量有不同的需求，但从非常小的哺乳动物(如大鼠或小鼠)到非常大的哺乳动物(如羊、牛、大猩猩或大象)，血液中Mg的总浓度似乎没有差异。，范围从0.7- 1.15毫米/升)[10]。这可能表明，血清或血浆中的总镁含量并不能反映出体内可能发生的情况。人体内只有0.3%的镁存在于细胞外液或血腔中[6,7]。根据大多数教科书和研究人员的说法，一般来说，血液中的总镁含量并不是身体中镁储量的反映。然而，直到我们在过去20年的研究中，还没有关于血液中游离的、电离的Mg浓度的准确信息。理想情况下，在急诊室或手术室中，快速测量电离Mg是必不可少的。现在需要准确测量全血中游离的、电离的Mg发展的必要条件．由于Mg在血液中以不同的形式出现(如总Mg、电离Mg和络合Mg)[2,10-13]，对全血测量的需求显然变得至关重要。

总镁，超滤镁和离子选择电极镁测量技术

目前临床实验室采用的技术一般限于测量总镁水平。然而，镁的游离或电离形式(如上所述)是具有生理活性的形式。直到大约20年前，以前对这些水平的估计都依赖于繁琐的无蛋白超滤液总Mg的测量，需要几个小时才能完成[12,13]。此外，除了时间因素外，这个过程需要相对较大的样本量，不适合自动化。

此外，通过分析超滤液来估计血清或血浆中的离子镁含量有些不令人满意，不能在全血上进行。此外，这些方法不能区分真正的电离形式与Mg^2＋与有机和无机阴离子以及脂肪酸结合。由于这些部分的水平在许多病理状态下可以显著变化，因此非常需要直接、准确地测量在复杂基质(如全血)中电离的Mg水平。

采用离子载体和中性载体膜的新型离子选择电极(ISEs)已被设计用于在正常和患病患者及动物血液中发现的离子钙水平和潜在阳离子干扰的情况下发挥作用[14-17]。

电离Mg的测量^2＋在正常和患病的人类受试者和动物中具有独特的特征:与细胞内游离Mg的对应^2＋

在过去的25年里，使用小说的MG，我们的实验室有助于在人类受试者和各种动物中脱离这些电极的效用，包括亚人的灵长类动物[1,11,14-52]。用于电离mg的新颖ises^2＋在我们的研究中，我们已经证明了对人类受试者全血、血浆和血清的分析清楚地表明，电离Mg几乎没有差异^2＋，不论一个样品是否全血，血浆或血清[11,14-17]。此外，最重要的是，我们在超过750个受试者上获得的数据表明人血液中的游离电离Mg的浓度为约600微米/升，或约相当于细胞内在许多哺乳动物细胞类型中测量的（不包括）大脑），如心脏和血管平滑肌细胞，内皮和上皮细胞[1,11,14-17,21,24,27-29]，未发表的发现。

基于数百名健康人类受试者的数据表明，尽管血液中总Mg的范围约为300微臼齿(0.7-1.00 mM/L)，但正常电离Mg的范围^2＋约为130微臼齿(0.54-0.67 mM/L)的差异。此外，我们的定量测量表明，血液中64-72%的Mg是游离的或具有生物活性的[11,14-17]。相比之下，我们组对钙的数据表明，总钙和电离钙的参考范围比总钙和电离镁的参考范围大50%左右[11,14-17]。我们强烈地感觉到电离的Mg的参考范围更窄更紧^2＋提供了更好的区分正常和异常患者或分析患者随时间的变化。然而，这非常依赖于实验室在最严格的条件下进行精确的测量，并在整个血液样本检测过程中使用多种标准，正如我们之前所说的[11,14-17]。

毫克^2＋不同类型糖尿病患者血液和细胞的测量

精确、仔细地测量血液和细胞内游离镁^2＋在几种类型的疾病和紊乱中，血液和细胞值之间显示出良好的对应关系[21,24-29]。在这方面，使用ISEs测量游离Mg^2＋在有2型糖尿病(NIDDM)和没有2型糖尿病(NIDDM)的空腹受试者中，31P-核磁共振波谱测量游离Mg^2＋在红细胞中，我们发现Mg^2＋与非糖尿病患者相比，糖尿病患者的水平显著降低[21,24,26,27]。血清Mg之间的关系非常密切^2＋细胞内游离Mg^2＋(r = 0.725, p < 0.001)。

在研究怀孕期间患糖尿病的女性(妊娠糖尿病)时，我们报道了与2型糖尿病患者[29]相似的数据。在对eugcemeclamed NIDDM胰岛素抵抗和胰岛素敏感受试者的研究中，我们发现Mg呈负相关^2＋(细胞外和细胞内)水平仅与许多胰岛素抵抗患者的动脉血压和血脂水平有关[11,27]。

毫克^2＋患有末期肾病（ESRD）患者的测量

如果血液和细胞中缺乏Mg^2＋在ESRD中发现的广泛的动脉粥样硬化发生和高血压病的病因学中存在因果关系，那么我们应该期待观察到细胞外和细胞内Mg^2＋．研究血液透析患者(HEMO)和持续流动腹膜透析患者(CAPD)透析约12个月(HEMO)和48个月(CAPD)，我们确实发现血清和RBC Mg显著降低(例如，5-25%)^2＋用是和³¹P-NMR[20]。总Mg值(细胞外和细胞内)之间没有对应关系。

毫克^2＋不同程度缺血性心脏病患者的测量

根据纽约心脏协会的标准(I-IV期)，我们研究了不同程度IHD的患者，发现心脏损害程度越大，Mg水平越低^2＋在血液和红细胞中[24,26,27]。只看总镁含量没有对应关系。

毫克^2＋偏头痛患者的测量-用Mg治疗^2＋

1981年，我们提出许多偏头痛的发作与血镁下降有关^2＋大脑中Mg含量的缺失^2＋随着头痛和疼痛加剧。对两千多名偏头痛患者的检查表明，这些头痛患者中超过50%的人血清中镁含量显著降低^2＋同时细胞内游离红细胞Mg^2＋．在对总Mg水平的检查中没有发现这种对应[48- 52]。利用这些数据，我们假设静脉注射硫酸镁可以缓解或降低偏头痛的强度^2＋．我们在几百名偏头痛患者身上证实了这一假设[50-52]。

结论

新型离子选择电极可以测量全血、血浆和血清中“真正”电离的镁。在pH值变化的条件下，以及在有重金属或脂类存在的条件下，这些ISEs可以准确地测量电离的Mg。

我们相信，当在仔细控制的实验室条件下使用这些ISE时，在镁的饮食摄入量可变的环境中，以及在许多临床综合征中，包括糖尿病、IHD、中风、先兆子痫、新生儿应激状态、对许多药物的毒性反应和偏头痛患者中，应该证明这些ISE是非常宝贵的。

确认

本文介绍的一些原始研究部分得到了国家心肺和血液研究所、国家药物滥用研究所、国家心理健康研究所和国家酗酒和酗酒研究所的研究资助。

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引用:Altura BM，Altura BT（2016）电离镁测量在生理学和医学中的重要性以及对离子选择性电极的需求。J临床案例研究1（2）：内政部http://dx.doi. org/10.16966/2471-4925.111

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出版的历史:

收到日期:2016年1月30日

接受日期:2016年3月18日

发表日期:2016年3月23日