Patterns of selenium, zinc and magnesium metabolism in patients with inflammatory arthropathies and polyarthritis

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The objective of the present study was to assess the patterns of selenium, zinc, and magnesium metabolism in patients with inflammatory arthropathies (rheumatoid arthritis, gout, psoriatic arthritis) and polyarthritis through assessment of elemental levels in blood serum and hair.

Material and methods. During a study, patients with polyarthritis (n = 128) and inflammatory arthropathies including rheumatoid arthritis (n = 100), psoriatic arthritis (n = 32), gout (n = 135), as well as 110 healthy subjects representing the control group were examined. Assessment of selenium, zinc, and magnesium levels was performed using high-sensitive method of mass spectrometry with inductively-coupled plasma.

Results. The obtained data demonstrate that the level of Se in serum of patients with rheumatoid arthritis, psoriatic arthritis, gout, and polyarthritis was %, 11%, 5%, and 9% lower compared to healthy controls. Serum Zn concentrations in patients with rheumatoid arthritis, psoriatic arthritis, and polyarthritis were also lower than in the control group by 7%, 17%, and 7%, respectively. Hair analysis revealed a significant 20% decrease in selenium levels in polyarthritis patients compared to controls. Magnesium content in hair of patients with psoriatic arthritis and gout was 41% and 46% lower when compared to healthy examinees, respectively. At the same time, hair Zn levels in examinees suffering from rheumatoid arthritis, psoriatic arthritis, gout, and polyarthritis was 7%, 13%, 15%, and 12% lower than in the control group.

Conclusion. Therefore, the results of the study demonstrate a significant decline in systemic levels of selenium, zinc, and magnesium, all possessing antioxidant and anti-inflammatory effects, in patients with polyarthritis and inflammatory arthropathies, thus indicative of their potential involvement in pathogenesis of the studied diseases.

About the authors

A. V. Skalny

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University); People's Friendship University of Russia

Email: skalny3@microelements.ru
ORCID iD: 0000-0001-7838-1366

Dr. Sc. (Med.), Professor, Director of the Center for Bioelementology and Human Ecology; Head of the Department of Medical Elementology

Russian Federation, Moscow; Moscow

T. V. Korobeinikova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: tatcvetk@yandex.ru

Ph.D. (Tech.), Head of the Laboratory of Molecular Dietetics

Russian Federation, Moscow

G. D. Morozova

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: morozova0826@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8600-902X

Laboratory Assistant of the Laboratory of Molecular Dietetics

Russian Federation, Moscow

X. Guo

Xi'an Jiaotong University

Email: guox@mail.xjtu.edu.cn
ORCID iD: 0000-0003-4413-5022

PhD, Professor, Director of the Key Laboratory of Trace Elements and Endemic Diseases

China, Xi'an

F. Zhang

Xi'an Jiaotong University

Email: fzhxjtu@xjtu.edu.cn
ORCID iD: 0000-0002-0427-2842

PhD, Professor, Dean of the School of Public Health

China, Xi'an

A. A. Tinkov

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University); P.G. Demidov Yaroslavl State University

Email: tinkov.a.a@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0348-6192

Dr. Sc. (Med.), Leading Research Scienntist of the Laboratory of Molecular Dietetics; Senior Researcher of the Laboratory of Ecobiomonitoring and Quality Control

Russian Federation, Moscow; Yaroslavl

References

  1. Fitton J., Melville A. Inflammatory arthropathies. Ortho-paedics and Trauma. 2019; 33(4): 204–211; https://doi.org/10.1016/j.mporth.2019.05.001.
  2. Галашина Е.А. Гладкова Е.В., Ульянов В.Ю. Биологи-ческие маркеры метаболизма субхондральной кости и им-мунные факторы воспаления на ранних стадиях первич-ного остеоартроза (обзор). Журнал медико-биологических исследований, 2022; 10(3): 275–286. [Galashina E.A., Gladkova E.V., Ul’yanov V.Yu. Biological Markers of Subchondral Bone Metabolism and Immune Inflammatory Factors in Early Stages of Primary Osteoarthritis (Review). Journal of Medical and Biological Research. 2022; 10 (3): 275–286. (In Russ.)]; https://doi.org/10.37482/2687-1491-Z106.
  3. Courties A., Gualillo O., Berenbaum F. et al. Metabolic stress-induced joint inflammation and osteoarthritis. Osteoarthritis and cartilage. 2015; 23(11): 1955–1965; https://doi.org/10.1016/j.joca.2015.05.016.
  4. Bortoluzzi A., Furini F., Scirè C.A. Osteoarthritis and its management – Epidemiology, nutritional aspects and environmental factors. Autoimmunity reviews. 2018; 17(11): 1097–1104; https://doi.org/10.1016/j.autrev.2018.06.002.
  5. Karlson E.W., Deane K. Environmental and gene-envi-ronment interactions and risk of rheumatoid arthritis. Rheumatic diseases clinics of North America. 2012; 38(2): 405–426; https://doi.org/10.1016/j.rdc.2012.04.002.
  6. Muzumdar S., Rothe M.J. Nutrition and psoriasis. Clinics in dermatology. 2022; 40(2), 128–134; https://doi.org/10.1016/j.clindermatol.2021.10.005.
  7. Sophocleous A. The Role of Nutrition in Osteoarthritis Development. Nutrients. 2023; 15(20): 4336; https://doi.org/10.3390/nu15204336.
  8. Скальный А.В., Зайцева И.П., Тиньков А.А. Микроэле-менты и спорт. Персонализированная коррекция эле-ментного статуса спортсменов. М.: Спорт, 2018, 288 с. [Skalny A.V., Zaitseva I.P., Tinkov A.A. Trace elements and sport. Personalized correction of elemental status of sportsmen. Moscow: Sport, 2018, 288 p. (In Russ.)].
  9. Kuang, X., Chiou, J., Lo, K. et al. Magnesium in joint health and osteoarthritis. Nutrition research (New York, N.Y.), 2021; 90: 24–35; https://doi.org/10.1016/j.nut-res.2021.03.002.
  10. Li G., Cheng T., Yu X. The Impact of Trace Elements on Osteoarthritis. Frontiers in medicine. 2021; 8: 771297; https://doi.org/10.3389/fmed.2021.771297.
  11. Kang D., Lee J., Wu C. et al. The role of selenium metabolism and selenoproteins in cartilage homeostasis and arthropathies. Experimental & molecular medicine. 2020; 52(8): 1198–1208; https://doi.org/10.1038/s12276-020-0408-y.
  12. Yu N., Han F., Lin X. et al. The association between serum selenium levels with rheumatoid arthritis. Biological trace element research. 2016; 172: 46–52; https://doi.org/10.1007/s12011-015-0558-2.
  13. Xin L., Yang X., Cai G. et al. Serum Levels of Copper and Zinc in Patients with Rheumatoid Arthritis: a Meta-analysis. Biological trace element research. 2015; 168(1): 1–10; https://doi.org/10.1007/s12011-015-0325-4.
  14. Zhou H., Zhang Y., Tian T. et al. Meta-analysis of the Relationship Between Zinc and Copper in Patients with Osteoarthritis. Biological trace element research. 2024: 10.1007/s12011-024-04197-2; https://doi.org/10.1007/s12011-024-04197-2.
  15. Qin J., Huang X., Wang N. et al. Supranutritional selenium suppresses ROS-induced generation of RANKL-expressing osteoclastogenic CD4+ T cells and ameliorates rheumatoid arthritis. Clinical & translational immunology. 2021; 10(9): e1338; https://doi.org/10.1002/cti2.1338.
  16. Wang N., Xie M., Lei G. et al. A Cross-Sectional Study of Association between Plasma Selenium Levels and the Prevalence of Osteoarthritis: Data from the Xiangya Osteoarthritis Study. The journal of nutrition, health & aging. 2022; 26(2): 197–202. https://doi.org/10.1007/s12603-022-1739-2.
  17. Cheng H.L., Yen C.C., Huang L.W. et al. Selenium Lessens Osteoarthritis by Protecting Articular Chondrocytes from Oxidative Damage through Nrf2 and NF-κB Pathways. International journal of molecular sciences. 2024; 25(5): 2511; https://doi.org/10.3390/ijms25052511.
  18. Su M., Zhang T., Zhao T. et al. Human gouty arthritis is associated with a distinct serum trace elemental profile. Metallomics : integrated biometal science. 2012; 4(3): 244–252; https://doi.org/10.1039/c2mt00178k.
  19. Ghaffari T., Nouri M., Saei A.A. et al. Aldehyde and xanthine oxidase activities in tissues of streptozotocin-induced diabetic rats: effects of vitamin E and selenium supplementation. Biological trace element research. 2012; 147(1-3): 217–225. https://doi.org/10.1007/s12011-011-9291-7.
  20. Serwin A.B., Wasowicz W., Gromadzinska J. et al. Selenium status in psoriasis and its relations to the duration and severity of the disease. Nutrition (Burbank, Los Angeles County, Calif.). 2003; 19(4): 301–304. https://doi.org/10.1016/s0899-9007(02)01081-x.
  21. Tekeoğlu İ., Şahin M. Z., Kamanlı A. et al. The influence of zinc levels on osteoarthritis: A comprehensive review. Nutrition research reviews. 2024; 1–12; https://doi.org/10.1017/S0954422424000234.
  22. Xie D.X., Xiong Y.L., Zeng C. et al. Association between low dietary zinc and hyperuricaemia in middle-aged and older males in China: a cross-sectional study. BMJ open. 2015; 5(10): e008637; https://doi.org/10.1136/bmjopen-2015-008637.
  23. Li L.Z., Zhou G.X., Li J. et al. Compounds containing trace element copper or zinc exhibit as potent hyperuricemia inhibitors via xanthine oxidase inactivation. Journal of trace elements in medicine and biology. 2018; 49: 72–78; https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.04.019.
  24. Lei L., Su J., Chen J. et al. Abnormal Serum Copper and Zinc Levels in Patients with Psoriasis: A Meta-Analysis. Indian journal of dermatology. 2019; 64(3): 224–230; https://doi.org/10.4103/ijd.IJD_475_18.
  25. Gao Y., Li X., Liu T. et al. The Effect of Methotrexate on Serum Levels of Trace/Mineral Elements in Patients with Psoriatic Arthritis. Biological trace element research. 2021; 199(12): 4498–4503; https://doi.org/10.1007/s12011-021-02594-5.
  26. Корешкова, К.М., Хисматуллина, З.Р. Исследование сы-вороточных маркеров иммунного статуса и костного мета-болизма способствует раннему выявлению псориатичес-кого артрита у больных псориазом. Альманах клинической медицины. 2021; 49(8), 533–540. [Koreshkova K.M., Khismatullina Z.R. Evaluation of serum markers of the immune response and bone metabolism facilitates early detection of psoriatic arthritis in patients with psoriasis. Almanac of Clinical Medicine. 2021; 49(8): 533–540. (In Russ.)]; https://doi.org/10.18786/2072-0505-2021-49-044.
  27. Zeng C., Wang Y.L., Wei J. et al. Association between low serum magnesium concentration and hyperuricemia. Magnesium research. 2015; 28(2): 56–63; https://doi.org/10.1684/mrh.2015.0384.
  28. Pinto A.C., Nunes R.D., Carvalho W.V. et al. Systemic and local antiinflammatory effect of magnesium chloride in experimental arthritis. Advances in Rheumatology. 2024; 64: 6; https://doi.org/10.1186/s42358-023-00346-8.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».