Wat weten we en waar in het lichaam wordt het gevonden?

Wat weten we over zwavel en wat zijn de eigenschappen ervan?

Zwavel is een belangrijk anorganisch element dat veel voorkomt in ons milieu, of het nu in de atmosfeer, het water of de bodem is. Het is ook een belangrijk bestanddeel van biologische systemen - planten, dieren en mensen.

Het staat bekend onder het chemische symbool S, dat is afgeleid van de Latijnse naam zwavel.

Zwavel is een element in groep 16 van het periodiek systeem van chemische elementen en bevindt zich in periode 3. De naam komt van het Griekse woord chloor.

De naam komt van de Griekse woorden chalkos (erts) en gennaó (vormen).

De naam geeft dus aan dat ze ertsvormend zijn en voornamelijk in de vorm van ertsen voorkomen.

Elementaire zwavel is een brosse kristallijne vaste stof bij kamertemperatuur. Het is lichtgeel van kleur, geurloos en smaakloos.

Het is een niet-metallisch element, kan geen elektrische stroom geleiden en is onoplosbaar in water, maar lost op in organische oplosmiddelen.

Het is vrij reactief en combineert met veel elementen. Het brandt met een karakteristieke blauwe vlam en vormt zwaveldioxide, dat al een irriterende en verstikkende geur heeft.

Zwavel kan veel polyatomische moleculen vormen in vaste, vloeibare en gasvorm, dat wil zeggen dat het veel vormen heeft.

Een overzicht in tabelvorm van chemische en fysische basisinformatie over zwavel

Het is het op tien na meest voorkomende element in het heelal.

Het komt in mindere mate voor in zijn natuurlijke elementaire vorm. Het komt veel vaker voor in verbindingen waarin het voornamelijk voorkomt als sulfiden (S2-) of sulfaten (SO42-).

Het is een bestanddeel van ondergrondse afzettingen - als sulfide-erts (zuivere vorm), als verschillende mineralen, als onderdeel van hete bronnen en geisers, en in fossiele brandstoffen (olie, aardgas, steenkool).

Het wordt ook vaak in elementaire vorm gevonden in vulkanische gebieden.

De bekendste sulfidemineralen zijn pyriet (FeS2), cinnabariet (HgS), galena (PbS), sfaleriet (ZnS) of antimoniet (Sb2S3). De bekendste sulfaatmineralen zijn gips (CaSO4), celestine (SrSO4) of bariet (BaSO4).

Zwavel is al bekend sinds de prehistorie vanwege zijn bestaan in pure vorm. Prehistorische mensen gebruikten zwavel als pigment voor grotschilderingen en het werd gebruikt in ceremonies in Egyptische religies. Het wordt ook genoemd in de Bijbel - in verband met de hellevuren die door zwavel werden aangewakkerd.

Het praktische gebruik van zwavel begon in Egypte, waar het werd gebruikt om katoen te bleken, of in China, waar het deel uitmaakte van explosieven.

Zwavel werd als element ontdekt in 1777 door de Franse scheikundige Antoine Lavoisier en pas in 1809 werd bewezen dat het een chemisch element is.

Tegenwoordig wordt zwavel voornamelijk gebruikt (tot 85% van de totale hoeveelheid) voor de productie van zwavelzuur, dat vervolgens bijvoorbeeld wordt gebruikt bij de productie van kunstmest, pigmenten, explosieven, aardolieproducten, batterijen en accu's. Zwavel wordt ook gebruikt in de chemische industrie.

Zwavel wordt ook gebruikt bij de productie van papier, kleurstoffen, lucifers, insecten- en schimmeldodende middelen, als bleekmiddel, conserveermiddel, antioxidant of als bestanddeel van geneesmiddelen (bijv. antibiotica, anesthetica, pijnstillers, anti-emetica of voor de behandeling van hartaandoeningen).

Wat is de rol van zwavel in het lichaam?

Zwavel is bijna altijd aanwezig in het menselijk lichaam als onderdeel van complexere moleculen en komt niet in vrije vorm voor.

Deze moleculen, waarvan zwavel een onvervangbaar onderdeel is, spelen een belangrijke rol in veel fysiologische processen. Ze zijn essentieel voor de gezondheid en het goed functioneren van het lichaam.

De meeste zwavel komt voor in complexe organische verbindingen zoals aminozuren, eiwitten, enzymen of vitamines. Zwavel komt in veel configuraties voor in deze verbindingen.

De meest voorkomende aminozuren die zwavel in hun structuur bevatten zijn methionine, cysteïne, homocysteïne en taurine. Andere zijn cystine, cystathion of cysteïnezuur.

Het grootste deel van de totale hoeveelheid zwavel in het lichaam zit in eiwitten, waarvan de bouwstenen zwavelhoudende aminozuren zijn.

Van de vitamines zijn thiamine (vitamine B1) en biotine (vitamine B7) de belangrijkste. Zwavel komt ook voor in andere organische verbindingen zoals liponzuur, co-enzym A, glutathion, chondroïtinesulfaat, heparine, oestrogenen of fibrinogeen.

De fundamentele biologische functies van zwavel, of het nu in zijn eigen vorm is of als onderdeel van complexere moleculen, omvatten:

• Het is een bouwsteen voor aminozuren, vitaminen en andere belangrijke organische verbindingen.
• Het is betrokken bij de structuur en functie van eiwitten (via aminozuren als de basisbouwstenen van eiwitten).
• Het beïnvloedt enzymfunctie en metabolische processen.
• Bevordert de sterkte en weerstand van haar, nagels, huid en kraakbeen.
• Heeft antioxiderende effecten.
• Heeft antimicrobiële en schimmelwerende effecten.
• Heeft een gunstig effect op de ontwikkeling en functie van hersenen en zenuwen.
• Het heeft een effect op de hormoonfunctie.
• Bij uitwendig gebruik vertraagt het de vorming en vermenigvuldiging van huidcellen (dit effect wordt gebruikt bij de behandeling van verschillende huidziekten).

De belangrijkste bronnen van zwavel voor het lichaam

De belangrijkste bron van zwavel voor de mens is voeding. Via de voeding wordt zwavel opgenomen in de vorm van complexere verbindingen (voornamelijk aminozuren en vitamines) of in eenvoudigere vormen - als sulfieten of sulfaten.

Veel zwavelverbindingen zijn giftig voor mensen (bijvoorbeeld waterstofsulfide), niet alleen bij orale inname maar ook bij inademing.

Er is daarom maar een beperkt aantal zwavelverbindingen dat veilig en noodzakelijk is voor het menselijk lichaam.

Het grootste deel van de zwavel in de voeding is afkomstig van twee aminozuren - methionine en cysteïne. Deze aminozuren komen voor in eiwitten van zowel plantaardige als dierlijke oorsprong.

Methionine is een essentieel aminozuur dat het lichaam niet zelf kan aanmaken en daarom zijn we afhankelijk van de inname ervan via de voeding.

In het geval van cysteïne is de situatie enigszins anders. Het is geen essentieel aminozuur, omdat cysteïne in het lichaam wordt gevormd in het methioninemetabolisme.

Aan de fysiologische behoefte aan cysteïne wordt niet alleen voldaan door de inname van cysteïne via de voeding, maar ook door een verhoogde inname van methionine, dat vervolgens wordt gemetaboliseerd tot cysteïne.

Aan de dagelijkse behoefte aan zwavel wordt bij de mens voldoende voldaan als ongeveer 13 mg/kg van deze aminozuren via de voeding wordt opgenomen.

Vanuit voedingsoogpunt kan methionine alleen het lichaam ook voorzien van alle zwavel die het nodig heeft.

Zwavel komt ook het lichaam binnen via anorganische verbindingen die aanwezig zijn in de voeding, d.w.z. sulfaten of sulfieten. Deze vormen echter slechts een verwaarloosbare bron van zwavel voor het lichaam.

Ze worden weinig geabsorbeerd in het maagdarmkanaal en daarom worden ze zelden opgenomen in de vereiste dagelijkse hoeveelheid zwavel.

Voedingsmiddelen van dierlijke oorsprong die rijk zijn aan zwavel zijn dierlijke eiwitten, eieren, zuivelproducten, vlees, vis en zeevruchten.

Van de plantaardige voedingsmiddelen zijn de belangrijkste groenten (uien, knoflook, prei, bieslook, kool, boerenkool, bloemkool, broccoli, waterkers, mosterd, mierikswortel, radijs), fruit (frambozen), noten en tarwekiemen.

Zwavel komt ook voor in mineraalwater of in kleine hoeveelheden in kraanwater.

Zwavel kan in sommige eiwitrijke voedingsmiddelen een karakteristieke geur hebben die lijkt op rotte eieren.

Er zijn geen vastgestelde aanbevelingen voor zwavel en de optimale dagelijkse inname ervan. Inname van voldoende hoeveelheden zwavelhoudende aminozuren zorgt voor voldoende en noodzakelijke hoeveelheden zwavel voor een goede werking van het lichaam.

In de voedingsindustrie zien we ook dat er tijdens de verwerking opzettelijk zwavel aan voedingsmiddelen wordt toegevoegd.

Dit is de toevoeging van sulfieten, die fungeren als conserveermiddel, antioxidant of bleekmiddel in voedsel.

Gewoonlijk worden sulfieten toegevoegd aan voedingsmiddelen zoals:

• Fruit en groenten in rauwe, verwerkte, bevroren, gedroogde of ingeblikte vorm, in sappen, jam, marmelade of broodbeleg
• Snoepgoed, siropen en zoetstoffen
• Granen en graanproducten, noten
• Vleesproducten
• Vis en zeevruchten
• Kruiden en specerijen
• Bier, wijn, alcohol en gearomatiseerde dranken

Tabellarische lijst van toegestane levensmiddelenadditieven

Sulfieten zitten ook in veel medicijnen of voedingssupplementen.

Zwavel - van opname tot uitscheiding

Absorptie

Zoals eerder gezegd, komt bijna alle zwavel het lichaam binnen via twee aminozuren - methionine of cysteïne.

In het geval van methionine is de primaire plaats van absorptie de dunne darm. Hier wordt methionine geabsorbeerd door specifieke transporters.

Methionine is een van de aminozuren met de hoogste absorptiesnelheid in het spijsverteringskanaal.

Het aandeel geabsorbeerde methionine is relatief hoog, maar ongeveer 20-30 % van de hoeveelheid wordt tijdens de absorptie direct gemetaboliseerd tot sulfaten.

Cysteïne wordt geabsorbeerd in de omgeving van de dunne darm en ook via specifieke energieafhankelijke transporters.

De absorptie van anorganische zwavelverbindingen in het maagdarmkanaal, d.w.z. sulfaten of sulfieten opgenomen uit de voeding of gevormd door aminozuurmetabolisme, is laag.

De meeste sulfaten tot 1 gram worden geabsorbeerd in de dunne en dikke darm. De absorptie verloopt via de natriumsulfaattransporter.

Distributie

Sulfaten staan op de vierde plaats van de meest overvloedige anionen in menselijk bloed.

Hun concentratie in de urine is ongeveer 300 µmol/l. Inname van sulfaten of zwavelhoudende aminozuren via de voeding verhoogt hun gehalte soms met een factor twee.

De gebruikelijke sulfietconcentratie in het bloed is 5 µmol/l, maar kan ook binnen het referentiebereik van 0-10 µmol/l liggen.

Bij standaard bloedonderzoek wordt het gehalte aan zwavel of zwavelverbindingen niet bepaald.

Zwavel wordt vanuit het bloed via verschillende soorten dragers terug naar de weefsels en cellen van het lichaam getransporteerd.

Zwavelhoudende sulfaten of aminozuren kunnen ook de placenta in beide richtingen passeren. Dit vermogen om zwavel in beide richtingen te passeren is essentieel om een adequate aanvoer van zwavel naar de foetus te handhaven en om schadelijke excessen te voorkomen.

Zwavel passeert ook de bloed-hersenbarrière in de vorm van cystine, dat vervolgens in het hersenmilieu wordt afgebroken tot sulfaat.

Metabolisme en opslag van zwavel

Omdat zwavel meestal via de voeding wordt opgenomen in de vorm van complexere moleculen, wordt het in het lichaam gemetaboliseerd of afgebroken tot eenvoudigere moleculen.

Over het algemeen wordt zwavel gemetaboliseerd door oxidatie van zwavel in de vorm van sulfiden S2- (in deze vorm is het aanwezig in complexere organische verbindingen) tot sulfieten SO32- en verder tot sulfaten SO42-.

De sulfaten kunnen worden opgeslagen in weefsels die gebonden zijn aan ascorbaat, waardoor zwavelvoorraden worden gevormd. Deze zwavelvoorraden zijn echter erg klein. Vervolgens wordt de zwavel door enzymen vrijgemaakt van zijn binding aan ascorbaat, afhankelijk van de behoeften van het organisme.

Het metabolisme van methionine vindt plaats via een reeks processen die worden gecontroleerd door enzymen. Het eindresultaat van het metabolisme is de vorming van sulfaat.

Naast sulfaat worden echter ook homocysteïne, cystathion, cystine, taurine en cysteïne gevormd tijdens het metabolisme. Dit zijn de producten van het methioninemetabolisme.

Cysteïne is geen essentieel aminozuur. Daarom is de bron van cysteïne niet alleen het voedsel zelf, maar kan het ook in het lichaam gevormd worden door methionine.

De cysteïne- en methioninemoleculen zelf worden niet opgeslagen in het lichaam. Hun lot is dat ze geoxideerd worden tot anorganische sulfaten of gebonden worden aan glutathion (een tripeptide bestaande uit drie aminozuren die sterke antioxiderende eigenschappen heeft).

Uitscheiding

Zwavel en zwavelverbindingen worden voornamelijk via de urine uitgescheiden.

Elke dag scheiden mensen in totaal ongeveer 1,3 g zwavel uit in de urine. Als de inname van zwavel via de voeding hoger is, neemt de hoeveelheid uitgescheiden zwavel toe.

Zwavel wordt in de urine uitgescheiden in de vorm van organische esters (ongeveer 15%). Het resterende volumeverlies vindt plaats in de vorm van sulfaten.

De uitscheidingssnelheid van zwavel door de longen wordt ook beïnvloed door het vitamine D-niveau in het lichaam.

Andere routes van zwaveluitscheiding, zoals de feces, zijn verwaarloosbaar (< 0,5 mmol/dag).

Wat is het gevolg van een afwijking van het fysiologische zwavelgehalte?

Net als bij andere mineralen of spoorelementen is het belangrijk om zwavel op een niveau te houden dat gunstig en veilig is voor het lichaam.

De pathologische gevolgen van een tekort aan zwavel in het menselijk lichaam alleen zijn niet vastgesteld en daarom onbekend.

Sommige bronnen hebben gemeld dat hersenaandoeningen en schade aan het bindweefsel zijn opgetreden bij patiënten met een defect in specifieke zwaveldragers.

Te hoge zwavelgehaltes in het lichaam kunnen leiden tot verlies van mineralen uit de botten en daarmee het risico op osteoporose verhogen.

Blootstelling aan hoge doses zwavel kan astma-aanvallen en allergische reacties van de huid zoals netelroos uitlokken.

Zwavel bevat ook veel verbindingen die giftig zijn voor mensen, zoals zwaveldioxide.

Blootstelling van het lichaam aan deze verbindingen, bijvoorbeeld in de vorm van luchtvervuiling, veroorzaakt ontsteking van de bovenste luchtwegen, vernauwing van de luchtwegen en longaandoeningen.

De belangrijkste en grootste bron van zwavel is de inname via de voeding in de vorm van de zwavelhoudende aminozuren methionine en cysteïne.

Daarom kunnen de symptomen van een tekort of teveel aan zwavel gedeeltelijk worden toegeschreven aan zwavel.

De primaire oorzaak van een tekort aan methionine en cysteïne in het lichaam is een significant lage eiwitinname via de voeding. Tenzij er een geassocieerd probleem is met de absorptie of het metabolisme van deze twee aminozuren, kan het tekort worden aangepakt door hun inname te verhogen.

Er zijn echter ook aangeboren defecten in de absorptie of het metabolisme van deze aminozuren bekend. Hun te hoge of te lage niveau in het lichaam is dus niet direct afhankelijk van de inname via de voeding.

Aangeboren absorptiefouten omvatten bijvoorbeeld verschillende malabsorpties.

Metabole stoornissen omvatten verstoringen in de functie van verschillende enzymen die betrokken zijn bij het metabolisme van methionine en cysteïne. Dit leidt uiteindelijk tot de accumulatie of afwezigheid van hun metabolieten in het lichaam.

Over het algemeen uiten deze stoornissen zich voornamelijk door:

• verminderde mentale functie
• vertraagde ontwikkeling van het individu
• aanvalsstoornissen
• bewegingsstoornissen
• bloedstoornissen zoals tekorten aan rode bloedcellen en bloedplaatjes
• overmatige ophoping van bepaalde metabolieten in de urine
• vorming van nier- en urinestenen

Een belangrijke aandoening die verband houdt met een verstoord metabolisme van zwavelhoudende aminozuren is een aandoening die homocystinurie wordt genoemd.

Deze ontstaat door een gebrekkige werking van het enzym cystathioninesynthase, dat de omzetting van homocysteïne in zwavel vergemakkelijkt.

Homocysteïne hoopt zich daardoor in grote hoeveelheden op in het bloed en veroorzaakt gezondheidsproblemen. Het wordt ook in grote hoeveelheden uitgescheiden in de urine.

Aangezien homocysteïne een precursor is voor de vorming van cysteïne, is de productie ervan verminderd bij deze ziekte.

Homocystinurie veroorzaakt schade aan de ogen (bijziendheid, vertroebeling en verschuiving van de lens), schade aan de botten (osteoporose, scoliose, breuken) of aandoeningen van het zenuwstelsel (vertraagde ontwikkeling, verstandelijke beperking, psychologische stoornissen).

Homocysteïne draagt ook in belangrijke mate bij aan hart- en vaatziekten, met name diep-veneuze trombose, longembolie of beroerte.

Sommige onderzoeken hebben methionine ook in verband gebracht met de ontwikkeling van bepaalde vormen van kanker, omdat de groei van sommige kankercellen afhankelijk is van dit aminozuur.