Iodo em biologia - Iodine in biology
O iodo é um oligoelemento essencial em sistemas biológicos . Ele tem a distinção de ser o elemento mais pesado comumente necessário para os organismos vivos, bem como o segundo mais pesado conhecido para ser usado por qualquer forma de vida (apenas o tungstênio , um componente de algumas enzimas bacterianas, tem um número atômico e peso atômico maiores ) É um componente das vias bioquímicas em organismos de todos os reinos biológicos, sugerindo seu significado fundamental ao longo da história evolutiva da vida.
O iodo é essencial para o funcionamento adequado do sistema endócrino dos vertebrados e desempenha papéis menores em vários outros órgãos, incluindo os sistemas digestivo e reprodutivo. A ingestão adequada de compostos contendo iodo é importante em todas as fases do desenvolvimento, principalmente durante o período fetal e neonatal, e dietas deficientes em iodo podem apresentar sérias consequências para o crescimento e o metabolismo.
Funções
Tireoide
Na biologia dos vertebrados , a função primária do iodo é como constituinte dos hormônios tireoidianos , tiroxina (T4) e triiodotironina (T3). Essas moléculas são feitas de produtos de adição-condensação do aminoácido tirosina e são armazenadas antes da liberação em uma proteína contendo iodo chamada tireoglobulina . T4 e T3 contêm quatro e três átomos de iodo por molécula, respectivamente; o iodo é responsável por 65% do peso molecular do T4 e 59% do T3. A glândula tireoide absorve ativamente o iodo do sangue para produzir e liberar esses hormônios no sangue, ações que são reguladas por um segundo hormônio, chamado hormônio estimulador da tireoide (TSH), que é produzido pela glândula pituitária . Os hormônios tireoidianos são moléculas filogeneticamente muito antigas que são sintetizadas pela maioria dos organismos multicelulares e que até têm algum efeito em organismos unicelulares . Os hormônios tireoidianos desempenham papel fundamental na biologia, atuando nos mecanismos de transcrição gênica para regular a taxa metabólica basal . O T3 atua nas células do intestino delgado e nos adipócitos para aumentar a absorção de carboidratos e a liberação de ácidos graxos , respectivamente. A deficiência de hormônios tireoidianos pode reduzir a taxa metabólica basal em até 50%, enquanto uma produção excessiva de hormônios tireoidianos pode aumentar a taxa metabólica basal em 100%. O T4 atua amplamente como um precursor do T3, que é (com pequenas exceções) o hormônio biologicamente ativo. Por meio dos hormônios da tireoide, o iodo tem uma relação nutricional com o selênio . Uma família de enzimas dependentes de selênio chamadas deiodinases converte T4 em T3 (o hormônio ativo) removendo um átomo de iodo do anel externo de tirosina. Essas enzimas também convertem T4 em T3 reverso (rT3), removendo um átomo de iodo do anel interno, e também convertem T3 em 3,3'-Diiodotironina (T2), removendo um átomo do anel interno. Ambos os últimos produtos são hormônios inativados que não têm essencialmente efeitos biológicos e são rapidamente preparados para serem descartados. Uma família de enzimas não dependentes de selênio, então, deiodina ainda mais os produtos dessas reações.
Na verdade, a quantidade total de iodo no corpo humano ainda é controversa e, em 2001, MT Hays publicou na Thyroid que “é surpreendente que o conteúdo total de iodo no corpo humano permaneça incerto após muitos anos de interesse no metabolismo do iodo. Apenas o conteúdo de iodo da glândula tireóide foi medido com precisão por varredura fluorescente, e agora está bem estimado em 5-15 mg na tireóide humana normal. Mas métodos semelhantes não estão disponíveis para outros tecidos e órgãos extratireoidianos. Muitos pesquisadores relataram números diferentes de 10-50 mg do conteúdo total de iodo no corpo humano. O selênio também desempenha um papel muito importante na produção de glutationa , o antioxidante mais poderoso do corpo . Durante a produção dos hormônios da tireoide, o peróxido de hidrogênio é produzido em grandes quantidades e, portanto, um alto teor de iodo na ausência de selênio pode destruir a glândula tireoide (frequentemente descrito como uma sensação de dor de garganta ); os peróxidos são neutralizados pela produção de glutationa a partir do selênio. Por sua vez, um excesso de selênio aumenta a demanda por iodo, e a deficiência ocorrerá quando uma dieta for rica em selênio e pobre em iodo.
Iodo extratireoidiano
O iodo extra-tireoidiano existe em vários outros órgãos, incluindo as glândulas mamárias , olhos, mucosa gástrica , colo do útero , líquido cefalorraquidiano , paredes arteriais, ovários e glândulas salivares . Nas células desses tecidos, o íon iodeto (I - ) entra diretamente pelo simportador de iodeto de sódio (NIS). Diferentes respostas teciduais para iodo e iodeto ocorrem nas glândulas mamárias e na glândula tireóide dos ratos. O papel do iodo no tecido mamário está relacionado ao desenvolvimento fetal e neonatal, mas seu papel nos demais tecidos não é bem conhecido. Foi demonstrado que atua como um antioxidante e antiproliferante em vários tecidos que podem absorver iodo. O iodo molecular (I 2 ) demonstrou ter um efeito supressor nas neoplasias benignas e cancerosas .
O Food and Nutrition Board e o Institute of Medicine dos EUA recomendaram que a dose diária de iodo varia de 150 microgramas por dia para humanos adultos a 290 microgramas por dia para mães em lactação. No entanto, a glândula tireóide não precisa de mais de 70 microgramas por dia para sintetizar as quantidades diárias necessárias de T4 e T3. Os níveis mais elevados de ingestão diária recomendada de iodo parecem necessários para o funcionamento ideal de uma série de outros sistemas do corpo, incluindo mama em lactação, mucosa gástrica, glândulas salivares, mucosa oral, paredes arteriais, timo , epiderme, plexo coróide e líquido cefalorraquidiano , entre outros.
Outras funções
Também foi demonstrado que o iodo e a tiroxina estimulam a apoptose espetacular das células das guelras larvais, cauda e nadadeiras durante a metamorfose em anfíbios , bem como a transformação de seu sistema nervoso daquele do girino herbívoro aquático para o terrestre , adulto carnívoro. A espécie de sapo Xenopus laevis provou ser um organismo modelo ideal para o estudo experimental dos mecanismos de apoptose e o papel do iodo na biologia do desenvolvimento.
Os agentes que contêm iodo podem exercer um efeito diferencial sobre diferentes espécies em um sistema agrícola . O crescimento de todas as cepas de Fusarium verticillioides é significativamente inibido por um fungistático contendo iodo (AJ1629-34EC) em concentrações que não prejudicam a cultura. Este pode ser um tratamento agrícola antifúngico menos tóxico devido à sua química relativamente natural.
Recomendações dietéticas
O Instituto de Medicina dos EUA (IOM) atualizou as necessidades médias estimadas (EARs) e as recomendações dietéticas recomendadas (RDAs) para o iodo em 2000. Para pessoas com 14 anos ou mais, a RDA de iodo é 150 μg / dia; a RDA para mulheres grávidas é de 220 μg / dia e a RDA durante a lactação é de 290 μg / dia. Para crianças de 1 a 8 anos, a RDA é 90 μg / dia; para crianças de 8–13 anos, 130 μg / dia. Como uma consideração de segurança, o IOM define níveis de ingestão superiores toleráveis (ULs) para vitaminas e minerais quando a evidência é suficiente. O UL para iodo para adultos é 1.100 μg / dia. Este UL foi avaliado analisando o efeito da suplementação no hormônio estimulador da tireoide . Coletivamente, os EARs, RDAs, AIs e ULs são referidos como Dietary Reference Intakes (DRIs).
A Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos (EFSA) refere-se ao conjunto coletivo de informações como Valores de Referência Alimentares, com Ingestão de Referência da População (PRI) em vez de RDA e Requisito Médio em vez de EAR; AI e UL são definidos da mesma forma que nos Estados Unidos. Para mulheres e homens com 18 anos ou mais, o PRI para o iodo é de 150 μg / dia; o PRI durante a gravidez ou lactação é de 200 μg / dia. Para crianças de 1 a 17 anos, o PRI aumenta com a idade de 90 a 130 μg / dia. Esses PRIs são comparáveis aos RDAs dos Estados Unidos, exceto para a lactação. A EFSA analisou a mesma questão de segurança e definiu seu UL adulto em 600 μg / dia, que é um pouco mais da metade do valor dos EUA. Notavelmente, o Japão reduziu seu UL de iodo adulto de 3.000 para 2.200 µg / dia em 2010, mas depois aumentou de volta para 3.000 µg / dia em 2015.
Para fins de rotulagem de alimentos e suplementos dietéticos dos EUA, a quantidade em uma porção é expressa como uma porcentagem do valor diário (% DV). Para o iodo especificamente, 100% do valor diário é considerado 150 μg, e esse número permaneceu em 150 μg na revisão de 27 de maio de 2016. A conformidade com os regulamentos de rotulagem atualizados foi exigida até 1º de janeiro de 2020 para fabricantes com US $ 10 milhões ou mais em vendas anuais de alimentos, e até 1º de janeiro de 2021 para fabricantes com menor volume de vendas de alimentos. Uma tabela dos antigos e novos valores diários para adultos é fornecida na Referência Diária Ingestão .
Em 2000, a ingestão média observada de iodo dos alimentos nos Estados Unidos foi de 240 a 300 μg / dia para homens e 190 a 210 μg / dia para mulheres. No Japão, o consumo é muito maior devido ao consumo frequente de algas ou algas kombu . A ingestão média diária no Japão varia de 1.000 a 3.000 μg / dia; estimativas anteriores sugeriam uma ingestão média de até 13.000 μg / dia.
Fontes de alimentos
As fontes naturais de iodo incluem muitos organismos marinhos, como algas e certos produtos do mar, bem como plantas cultivadas em solo rico em iodo. O sal iodado é enriquecido com iodo. De acordo com um relatório da Food Fortification Initiative 2016, 130 países têm fortificação obrigatória do sal com iodo e outros 10 têm fortificação voluntária.
Deficiência
Em todo o mundo, a deficiência de iodo afeta dois bilhões de pessoas e é a principal causa evitável de retardo mental . A deficiência mental é um resultado que ocorre principalmente quando bebês ou crianças pequenas se tornam hipotireoidianos por falta de iodo na dieta (novo hipotireoidismo em adultos pode causar retardo mental temporário, mas não dano permanente).
Em áreas onde há pouco iodo na dieta, normalmente áreas remotas no interior e climas equatoriais semi-áridos onde nenhum alimento marinho é consumido, a deficiência de iodo também dá origem ao hipotireoidismo , cujos sintomas mais graves são bócio epidêmico (inchaço da tireoide glândula), fadiga extrema, lentidão mental, depressão, ganho de peso e baixas temperaturas corporais basais.
A adição de iodo ao sal de cozinha (o chamado sal iodado ) eliminou amplamente as consequências mais graves da deficiência de iodo nas nações mais ricas, mas a deficiência continua sendo um sério problema de saúde pública no mundo em desenvolvimento. A deficiência de iodo também é um problema em certas áreas da Europa; na Alemanha, estima-se que um bilhão de dólares em custos de saúde sejam gastos a cada ano no combate e tratamento da deficiência de iodo.
Risco de iodo e câncer
Fonte:
- Câncer de mama . A glândula mamária concentra ativamente o iodo no leite para o benefício do bebê em desenvolvimento e pode desenvolver uma hiperplasia semelhante ao bócio, às vezes se manifestando como doença fibrocística da mama , quando o nível de iodo é baixo . Estudos indicam que a deficiência de iodo, seja dietética ou farmacológica, pode levar à atipia mamária e aumento da incidência de malignidade em modelos animais, enquanto o tratamento com iodo pode reverter a displasia , com iodo elementar (I 2 ) sendo considerado mais eficaz na redução de hiperplasias ductais e fibrose perilobular em ratos com deficiência de iodo do que iodeto ( I - ). Na observação de que as mulheres japonesas que consomem algas ricas em iodo têm uma taxa relativamente baixa de câncer de mama, o iodo é sugerido como uma proteção contra o câncer de mama. O iodo é conhecido por induzir a apoptose nas células do câncer de mama. As evidências laboratoriais demonstraram um efeito do iodo no câncer de mama que é em parte independente da função da tireoide , com o iodo inibindo o câncer por meio da modulação da via do estrogênio . O perfil do arranjo gênico da linha celular de câncer de mama responsivo ao estrogênio mostra que a combinação de iodo e iodeto altera a expressão gênica e inibe a resposta do estrogênio por meio da regulação positiva das proteínas envolvidas no metabolismo do estrogênio. Não foi determinado clinicamente se o iodo / iodeto será útil como terapia adjuvante na manipulação farmacológica da via do estrogênio em mulheres com câncer de mama.
- Câncer gástrico . Alguns pesquisadores descobriram uma correlação epidemiológica entre deficiência de iodo, bócio por deficiência de iodo e câncer gástrico; uma diminuição na incidência de morte por câncer de estômago após profilaxia com iodo. No mecanismo proposto, o íon iodeto atua na mucosa gástrica como uma espécie redutora de antioxidantes que desintoxica espécies reativas de oxigênio venenosas , como o peróxido de hidrogênio .
Precauções e toxicidade
Iodo Elemental
O iodo elementar é um irritante oxidante e o contato direto com a pele pode causar lesões , portanto, os cristais de iodo devem ser manuseados com cuidado. Soluções com alta concentração de iodo elementar, como tintura de iodo, são capazes de causar danos aos tecidos se o uso para limpeza e antissepsia for prolongado. Embora o iodo elementar seja usado na formulação da solução de Lugol , um desinfetante médico comum, ele se torna triiodeto ao reagir com o iodeto de potássio usado na solução e, portanto, não é tóxico. Apenas uma pequena quantidade de iodo elementar se dissolve na água, e a adição de iodeto de potássio permite que uma quantidade muito maior de iodo elementar se dissolva através da reação de I2-I3. Isso permite que o iodo de Lugol seja produzido em concentrações que variam de 2% a 15% de iodo.
O iodo elementar (I 2 ) é venenoso se tomado por via oral em grandes quantidades; 2–3 gramas é uma dose letal para um ser humano adulto. Já o iodeto de potássio tem uma dose letal mediana (DL 50 ) relativamente alta em vários outros animais: em coelhos, é de 10 g / kg; em ratos, 14 g / kg, e em camundongos, 22 g / kg. O nível máximo de ingestão tolerável de iodo, conforme estabelecido pelo Food and Nutrition Board, é de 1.100 µg / dia para adultos. O limite superior seguro de consumo estabelecido pelo Ministério da Saúde, Trabalho e Bem-Estar do Japão é de 3.000 µg / dia.
A meia-vida biológica do iodo difere entre os vários órgãos do corpo, de 100 dias na tireóide, a 14 dias nos rins e baço, a 7 dias nos órgãos reprodutivos. Normalmente, a taxa de eliminação urinária diária varia de 100 a 200 µg / L em humanos. No entanto, a dieta japonesa, rica em algas ricas em iodo , contém de 1.000 a 3.000 µg de iodo por dia, e pesquisas indicam que o corpo pode eliminar prontamente o excesso de iodo que não é necessário para a produção do hormônio tireoidiano. A literatura relata que até 30.000 µg / L (30 mg / L) de iodo são excretados com segurança na urina em um único dia, com os níveis voltando à faixa padrão em alguns dias, dependendo da ingestão de algas marinhas. Um estudo concluiu que a variação do conteúdo corporal total de iodo em homens era de 12,1 mg a 25,3 mg, com uma média de 14,6 mg. Presume-se que, uma vez suprimido o hormônio estimulador da tireoide , o corpo simplesmente elimina o excesso de iodo e, como resultado, a suplementação de longo prazo com altas doses de iodo não tem nenhum efeito adicional, uma vez que o corpo está repleto de iodo suficiente. Não se sabe se a glândula tireoide é o fator limitante da taxa de geração do hormônio tireoidiano a partir do iodo e da tirosina, mas presumindo que não seja, uma dose de ataque de curto prazo de uma ou duas semanas no nível de ingestão superior tolerável pode restaurar rapidamente a função tireoidiana. em pacientes com deficiência de iodo.
O vapor de iodo é muito irritante para os olhos , as membranas mucosas e o trato respiratório. A concentração de iodo no ar não deve exceder 1 mg / m 3 (média ponderada de oito horas).
Quando misturado com amônia e água, o iodo elementar forma triiodeto de nitrogênio , que é extremamente sensível ao choque e pode explodir inesperadamente.
Íon iodeto
A ingestão excessiva de iodo apresenta sintomas semelhantes aos da deficiência de iodo. Os sintomas comumente encontrados são o crescimento anormal da glândula tireóide e distúrbios no funcionamento, bem como no crescimento do organismo como um todo. A toxicidade do iodeto é semelhante (mas não igual à) toxicidade para íons de outros halogênios , como brometos ou fluoretos . O excesso de bromo e flúor pode impedir a absorção, armazenamento e uso de iodo em organismos, pois ambos os elementos podem substituir seletivamente o iodo bioquimicamente.
O excesso de iodo também pode ser mais citotóxico em combinação com a deficiência de selênio . A suplementação de iodo em populações com deficiência de selênio é teoricamente problemática, em parte por esse motivo. A selenocisteína (abreviada como Sec ou U , em publicações mais antigas também como Se-Cys ) é o 21º aminoácido proteinogênico e é a raiz da toxicidade do íon iodeto quando há uma insuficiência simultânea de selênio biologicamente disponível. A selenocisteína existe naturalmente em todos os reinos da vida como um bloco de construção das selenoproteínas .
Reações de hipersensibilidade
Algumas pessoas desenvolvem hipersensibilidade a compostos de iodo, mas não há casos conhecidos de pessoas que sejam diretamente alérgicas ao próprio iodo elementar. As reações de sensibilidade notáveis que foram observadas em humanos incluem:
- A aplicação de tintura de iodo pode causar erupção na pele.
- Alguns casos de reação ao iodo povidine (Betadine) foram documentados como queimaduras químicas.
O uso médico de compostos de iodo (ou seja, como agente de contraste ) pode causar choque anafilático em pacientes altamente sensíveis, provavelmente devido à sensibilidade ao transportador químico. Casos de sensibilidade a compostos de iodo não devem ser formalmente classificados como alergias ao iodo, pois isso perpetua a crença errônea de que é ao iodo que os pacientes reagem, e não ao alérgeno específico. A sensibilidade a compostos contendo iodo é rara, mas tem um efeito considerável, dado o uso extremamente difundido de meios de contraste à base de iodo ; entretanto, o único efeito adverso do material de contraste que pode ser convincentemente atribuído ao iodeto livre é a caxumba com iodeto e outras manifestações de iodismo.
Veja também
- Biologia e farmacologia de elementos químicos
- Cálcio em biologia - Visão geral do tópico
- Magnésio em biologia
- Potássio em biologia - Descrição da função do elemento como um micronutriente mineral essencial
- Selênio em biologia - micronutriente essencial para animais
- Sódio em biologia