失智症是老年人容易罹患的不可逆疾病，也是現今醫學的重大挑戰。許多與年齡相關的中樞神經系統疾病，都可以追溯到營養素失衡。本文將探討營養素中的鎂，應用於改善認知學習的科學證據，以及針對不同失智症亞型的治療潛力。
血清鎂與認知異常的關聯性
下表來自2022年的期刊1，目的是評估認知功能障礙與血清鈣、鎂、磷的相關性。研究對象為94名老年人，包含正常組與認知功能異常組，兩組均為47人，均接受血清鈣、鎂和磷水平的檢查。結果顯示，認知異常的組別，血清鈣、鎂顯著較低，血清磷則顯著較高 (P<0.001)。
同篇論文的另一個表，則指出低血清鎂所影響的認知功能，主要是呈現在視覺、方向感、語言與專注力之異常，且具有顯著統計差異 (P= or <0.001)。
血清鎂與失智症的關聯性
下圖來自2021年的期刊2，目的是評估血清鎂濃度與失智症亞型的關聯性。研究對象高達10萬人，包含了阿茲海默症失智症與非阿茲海默症失智症(主要為血管型失智)患者，全數接受了血清鎂檢查。結果發現，血清鎂的濃度與阿茲海默症的風險無關；但過低過高的血清鎂，都會增加血管型失智症的風險。在血清鎂濃度為2.07 mg/dL (0.85 mmol/ L)時，罹患血管型失智症的風險最低。
下圖來自2018年的期刊3，目的是確定血清鎂水平對中風後認知障礙 (poststroke cognitive impairment, PSCI) 的發生率的影響。研究對象為327名急性缺血性中風患者，均接受血清鎂檢查。這些中風患者，入院後接受了一個月的追蹤，其中105 名患者(32.1%)最終被診斷為 PSCI，稱為PSCI組，其餘則為非PSCI組。與非PSCI 組相比，PSCI組的血清鎂水平顯著較低(P<0.001)。這些結果確認血清鎂水平較低(平均值約0.81 mmol/ L)，為中風入院後發展為認知障礙之風險因素。
鎂調節神經突觸並改善認知異常
阿茲海默症(Alzheimer’s disease, AD)的特點是是學習記憶障礙以及神經突觸嚴重喪失，下圖來自2019年的期刊4，應用STZ誘導的AD模型大鼠搭配水迷宮試驗，評估硫酸鎂改善AD大鼠認知功能的效益。結果證實，腹腔注射硫酸鎂(50~200 mg/day)，可增加腦中的鎂水平，特別是在海馬迴，產生了顯著差異與劑量效應。當硫酸鎂的注射量達到(100 mg/day)，能夠提升AD大鼠的學習和記憶能力。
同論文的另一張圖，說明STZ可以減少神經突觸的數量，而鎂卻能保護神經突觸的數量不被減少。此證據揭示了鎂改善認知功能的生化機制基礎，很可能是透過調節神經突觸的可塑性來達成。
螯合鎂改善認知功能異常
下圖來自2010年的期刊5，使用老化大鼠作為失智動物模式，評估並比較氯化鎂、檸檬酸鎂與胺基酸螯合鎂(L-蘇糖酸鎂，MgT)，改善腦中鎂水平暨認知學習功能的效果。結果簡述如下: (A)老化大鼠的腦鎂水平，隨著時間下降，補充氯化鎂雖能讓腦鎂水平維持不變，補充MgT卻進一步讓腦鎂水平顯著增加。(B)對於大鼠短期記憶，氯化鎂、檸檬酸鎂、MgT都有改善效果，但MgT最佳，呈現顯著差異。(C)對於大鼠長期記憶，只有MgT具有改善效果，呈現顯著差異。
下圖來自2014年的期刊6，使用APPswe/PS1dE9基因轉殖小鼠作為AD失智模式，評估胺基酸螯合鎂MgT，改善AD病理現象的效果。結果簡述如下: (A)藍色箭頭表示海馬迴的突觸結構，基因轉殖小鼠(Tg)的突觸密度下降，補充MgT則可恢復，呈現顯著差異。(B、C)針對突觸末端分子進行免疫染色並定量，補充MgT可提升其表現。(D)分析突觸後電位 (fPSP)，補充MgT可以恢復至正常水準。上述結果顯示，MgT減少了AD小鼠的突觸損失，改善神經傳導功能，具有治療AD的潛力。
總結:
綜整了多篇文獻，可確認血清鎂水平，與學習認知功能高度相關，中風患者如果伴隨鎂水平過低，將提高失智的風險。透過多種失智症動物模式，包含STZ誘導、老化鼠、基因轉殖鼠，亦發現補充鎂(硫酸鎂、氯化鎂、檸檬酸鎂、蘇胺酸鎂)，可以提升腦中鎂水平、恢復神經突觸的數量，進而改善了認知能力。應用螯合鎂來增加腦中鎂水平暨改善記憶功能，效果優於鎂鹽，特別是在長期記憶的部分，只有螯合鎂能產生治療效益。前述現象，極可能是因為大腦具有腦血管屏障，使鎂離子進出受到嚴格的調控。由此可推測，持續開發特殊化的螯合鎂，專門用來提升腦中鎂水平、減緩或逆轉海馬迴的病理進展，對於阿茲海默症或血管型失智症，都將展現更高的預防與治療潛力。
參考文獻:
Amal Abdelnaby Mohamed, Hassaan M. M. M, Atef G. Hussien, Ahmed S. Allam. Correlation between Cognitive Dysfunction and Serum Magnesium, Calcium and Phosphorus Level in the Elderly Egyptian Patients in Zagazig University Hospitals. The Egyptian Journal of Hospital Medicine (April 2022) Vol. 87, Page 1097-1105.
Jesper Qvist Thomassen, Janne S Tolstrup, Børge G Nordestgaard, Anne Tybjærg-Hansen, and Ruth Frikke-Schmidt. Plasma Concentrations of Magnesium and Risk of Dementia: A General Population Study of 102 648 Individuals. Clinical Chemistry 67:6 (2021).
Xinjie Tu, Huihua Qiu, Shasha Lin, Weilei He, Guiqian Huang, Xingru Zhang, Yuemin Wu, Jincai He. Low levels of serum magnesium are associated with poststroke cognitive impairment in ischemic stroke patients. Neuropsychiatric Disease and Treatment. 2018:14 2947–2954.
Zhi-Peng Xu, Li Li, Jian Bao, Zhi-Hao Wang, Juan Zeng, En-Jie Liu, Xiao-Guang Li, Rong-Xi Huang, Di Gao, Meng-Zhu Li, Yao Zhang, Gong-Ping Liu, Jian-Zhi Wang. Magnesium Protects Cognitive Functions and Synaptic Plasticity in Streptozotocin-Induced Sporadic Alzheimer’s Model. PLOS ONE. September 2014 | Volume 9 | Issue 9 | e108645.
Inna Slutsky, Nashat Abumaria, Long-Jun Wu, Chao Huang, Ling Zhang, Bo Li, Xiang Zhao, Arvind Govindarajan, Ming-Gao Zhao, Min Zhuo, Susumu Tonegawa, and Guosong Liu. Enhancement of Learning and Memory by Elevating Brain Magnesium. Neuron. 65, 165–177, January 28, 2010
Wei Li, Jia Yu, Yong Liu, Xiaojie Huang, Nashat Abumaria, Ying Zhu, Xian Huang, Wenxiang Xiong, Chi Ren, Xian-Guo Liu, Dehua Chui and Guosong Liu. Elevation of brain magnesium prevents synaptic loss and reverses cognitive deficits in Alzheimer’s disease mouse model. Molecular Brain. 2014, 7:65.