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血液中のナトリウム、カリウム、カルシウム、重炭酸塩、そして体液のバランスは、体内の生理機能維持の基盤です。マグネシウムイオンの異常に関する研究はこれまで不足していました。1980年代初頭には、マグネシウムは「忘れられた電解質」と呼ばれていました。マグネシウム特異的なチャネルやトランスポーターの発見、そしてマグネシウム恒常性の生理的・ホルモン的調節に関する理解の深化に伴い、臨床医学におけるマグネシウムの役割に対する理解はますます深まっています。

マグネシウムは細胞機能と健康に極めて重要です。マグネシウムは通常、Mg2+の形で存在し、植物から高等哺乳類まで、あらゆる生物のすべての細胞に存在します。マグネシウムは、細胞のエネルギー源ATPの重要な補因子であるため、健康と生命に不可欠な要素です。マグネシウムは主に、ヌクレオチドに結合して酵素活性を調節することにより、細胞の主要な生理学的プロセスに関与しています。RNAおよびDNA機能に関連する反応を含め、すべてのATPase反応にはMg2+- ATPが必要です。マグネシウムは、細胞内の何百もの酵素反応の補因子です。さらに、マグネシウムはグルコース、脂質、タンパク質の代謝も調節します。マグネシウムは、神経筋機能の調節、心拍リズム、血管緊張、ホルモン分泌、および中枢神経系におけるN-メチル-D-アスパラギン酸（NMDA）の放出に関与しています。マグネシウムは、細胞内シグナル伝達に関与するセカンドメッセンジャーであり、生物システムの概日リズムを制御する概日リズム遺伝子の調節因子です。

人体には約25gのマグネシウムが存在し、主に骨や軟組織に蓄えられています。マグネシウムは重要な細胞内イオンであり、カリウムに次いで2番目に多い細胞内陽イオンです。細胞内では、マグネシウムの90%～95%がATP、ADP、クエン酸、タンパク質、核酸などのリガンドに結合し、細胞内マグネシウムのわずか1%～5%が遊離型で存在します。細胞内の遊離マグネシウム濃度は1.2～2.9 mg/dl（0.5～1.2 mmol/L）で、細胞外濃度とほぼ同じです。血漿中では、循環マグネシウムの30%が主に遊離脂肪酸を介してタンパク質に結合します。遊離脂肪酸値が長期にわたって高い患者は、一般的に血中マグネシウム濃度が低く、これは心血管疾患や代謝性疾患のリスクと反比例します。遊離脂肪酸、EGF、インスリン、アルドステロンのレベルの変化は、血中マグネシウム濃度に影響を与える可能性があります。

マグネシウムの主要な調節器官は3つあります。腸（食物からのマグネシウムの吸収を調節）、骨（ハイドロキシアパタイトとしてマグネシウムを貯蔵）、腎臓（尿中へのマグネシウムの排泄を調節）です。これらのシステムは統合され、高度に協調しており、腸骨腎軸を形成し、マグネシウムの吸収、交換、排泄を担っています。マグネシウム代謝の不均衡は、病理学的および生理学的結果につながる可能性があります。

マグネシウムを豊富に含む食品には、穀物、豆、ナッツ、緑黄色野菜などがあります（マグネシウムはクロロフィルの主成分です）。食事から摂取するマグネシウムの約30%～40%は腸で吸収されます。吸収の大部分は小腸で細胞間輸送（細胞間の密着結合を伴う受動的なプロセス）によって起こります。大腸は細胞間TRPM6とTRPM7を介してマグネシウムの吸収を細かく制御できます。腸のTRPM7遺伝子が不活性化されると、マグネシウム、亜鉛、カルシウムの深刻な欠乏につながる可能性があり、これは出生後の早期成長と生存に有害です。マグネシウムの吸収は、マグネシウム摂取量、腸内pH値、ホルモン（エストロゲン、インスリン、EGF、FGF23、副甲状腺ホルモン[PTH]など）、腸内細菌叢など、さまざまな要因の影響を受けます。
腎臓では、尿細管が細胞外経路と細胞内経路の両方を通じてマグネシウムを再吸収します。ナトリウムやカルシウムなどのほとんどのイオンとは異なり、近位尿細管で再吸収されるマグネシウムはごくわずか（20%）で、大部分（70%）はハインツループで再吸収されます。近位尿細管とハインツループの粗い枝では、マグネシウムの再吸収は主に濃度勾配と膜電位によって促進されます。クローディン16とクローディン19はハインツループの太い枝にマグネシウムチャネルを形成し、クローディン10bは上皮細胞全体に正の管腔内電圧を形成することでマグネシウムイオンの再吸収を促進します。遠位尿細管では、細胞先端のTRPM6とTRPM7を介してマグネシウムが細胞内再吸収（5%～10%）を細かく制御し、最終的な尿中マグネシウム排泄量を決定します。
マグネシウムは骨の重要な成分であり、人体のマグネシウムの60%は骨に蓄えられています。骨中の交換可能なマグネシウムは、血漿中の生理的濃度を維持するための動的な予備物質となります。マグネシウムは、骨芽細胞と破骨細胞の活動に影響を及ぼすことで骨形成を促進します。マグネシウムの摂取量を増やすと骨のミネラル含有量が増加し、加齢に伴う骨折や骨粗鬆症のリスクを軽減できます。マグネシウムは骨の修復において二重の役割を担っています。炎症の急性期には、マグネシウムはマクロファージにおけるTRPM7の発現、マグネシウム依存性サイトカインの産生を促進し、骨形成の免疫微小環境を整えます。骨治癒の後期リモデリング段階では、マグネシウムは骨形成に作用し、ハイドロキシアパタイトの沈殿を抑制します。TRPM7とマグネシウムはまた、血管平滑筋細胞の骨形成表現型への移行に影響を及ぼすことで、血管石灰化のプロセスにも関与しています。

成人の正常な血清マグネシウム濃度は1.7～2.4 mg/dl（0.7～1.0 mmol/L）です。低マグネシウム血症とは、血清マグネシウム濃度が1.7 mg/dl未満のことを指します。境界性低マグネシウム血症の患者の多くには明らかな症状がありません。血清マグネシウム濃度が1.5 mg/dl（0.6 mmol/L）を超える患者は、長期にわたる潜在的なマグネシウム欠乏症の可能性があるため、低マグネシウム血症の下限値を引き上げることを提案する人もいます。ただし、このレベルは依然として議論の余地があり、さらなる臨床検証が必要です。一般人口の3％～10％が低マグネシウム血症ですが、2型糖尿病患者（10％～30％）と入院患者（10％～60％）の発症率はさらに高く、特に集中治療室（ICU）の患者では発症率が65％を超えます。複数のコホート研究により、低マグネシウム血症は全死亡率および心血管疾患関連死亡率のリスク増加と関連していることが示されています。

低マグネシウム血症の臨床症状には、食事摂取不足、消化管からのマグネシウム損失の増加、腎臓での再吸収の低下、細胞外から細胞内へのマグネシウムの再分布によって引き起こされる眠気、筋肉のけいれん、筋力低下などの非特異的な症状が含まれます (図 3B)。低マグネシウム血症は通常、低カルシウム血症、低カリウム血症、代謝性アルカローシスなどの他の電解質異常を併発します。そのため、特に血中マグネシウム濃度が日常的に測定されていないほとんどの臨床現場では、低マグネシウム血症が見落とされる可能性があります。重度の低マグネシウム血症 (血清マグネシウム < 1.2 mg/dL [0.5 mmol/L]) になって初めて、異常な神経筋興奮性 (手首、足首のけいれん、てんかん、振戦)、心血管異常 (不整脈、血管収縮)、代謝障害 (インスリン抵抗性、軟骨石灰化) などの症状が明らかになります。低マグネシウム血症は、特に低カリウム血症を伴う場合、入院率および死亡率の増加と関連しており、マグネシウムの臨床的重要性が強調されます。
血中マグネシウム含有量は1%未満であるため、血中マグネシウム含有量は組織内の総マグネシウム含有量を正確に反映することができません。研究によると、血清マグネシウム濃度が正常であっても、細胞内のマグネシウム含有量が枯渇している可能性があります。そのため、食事からのマグネシウム摂取量や尿からのマグネシウム損失を考慮せずに血中マグネシウム含有量のみを考慮すると、臨床的なマグネシウム欠乏症を過小評価する可能性があります。

低マグネシウム血症の患者は、しばしば低カリウム血症を呈します。慢性的な低カリウム血症は通常、マグネシウム欠乏症と関連しており、マグネシウム値が正常に回復した後にのみ効果的に改善されます。マグネシウム欠乏は、集合管からのカリウム排泄を促進し、カリウム喪失をさらに悪化させる可能性があります。細胞内マグネシウム値の低下は、Na+-K+-ATPase活性を阻害し、腎髄質外カリウム（ROMK）チャネルの開口を増加させ、腎臓からのカリウム喪失を増加させます。マグネシウムとカリウムの相互作用は、塩化ナトリウム共輸送体（NCC）の活性化にも関与し、それによってナトリウムの再吸収を促進します。マグネシウム欠乏は、NEDD4-2と呼ばれるE3ユビキチンタンパク質リガーゼを介してNCCの存在量を減少させます。NEDD4-2は神経前駆細胞の発達をダウンレギュレーションし、低カリウム血症によってNCCの活性化を阻害します。NCCの持続的なダウンレギュレーションは、低マグネシウム血症における遠位Na+輸送を促進し、尿中カリウム排泄量の増加と低カリウム血症を引き起こします。

低カルシウム血症は、低マグネシウム血症の患者にもよく見られます。マグネシウム欠乏は副甲状腺ホルモン（PTH）の放出を阻害し、腎臓のPTHに対する感受性を低下させる可能性があります。PTH値の低下は、腎臓でのカルシウム再吸収を低下させ、尿中へのカルシウム排泄を増加させ、最終的に低カルシウム血症につながる可能性があります。低マグネシウム血症によって引き起こされる低カルシウム血症のため、血中マグネシウム値が正常に戻らない限り、副甲状腺機能低下症の治療はしばしば困難です。

血清総マグネシウム測定は、臨床現場におけるマグネシウム含有量の標準的な測定法です。この方法は、マグネシウム含有量の短期的な変化を迅速に評価できますが、体内の総マグネシウム含有量を過小評価する可能性があります。内因性因子（低アルブミン血症など）および外因性因子（検体の溶血やEDTAなどの抗凝固剤など）がマグネシウムの測定値に影響を及ぼす可能性があり、血液検査結果を解釈する際にはこれらの因子を考慮する必要があります。血清中のイオン化マグネシウムも測定可能ですが、その臨床的実用性はまだ明らかではありません。
低マグネシウム血症の診断では、通常、患者の病歴に基づいて原因を特定できます。しかし、明確な根本原因がない場合は、24時間マグネシウム排泄量、マグネシウム排泄率、マグネシウム負荷試験など、マグネシウム喪失が腎臓によるものか消化管によるものかを判断するための特定の診断方法を用いる必要があります。

マグネシウムサプリメントは低マグネシウム血症の治療の基本です。しかしながら、現在、低マグネシウム血症に対する明確な治療ガイドラインは存在せず、治療方法は主に臨床症状の重症度によって異なります。軽度の低マグネシウム血症は経口サプリメントで治療できます。市場には多くのマグネシウム製剤があり、それぞれ吸収率が異なります。有機塩（クエン酸マグネシウム、アスパラギン酸マグネシウム、グリシンマグネシウム、グルコン酸マグネシウム、乳酸マグネシウムなど）は、無機塩（塩化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウムなど）よりも人体に吸収されやすいです。経口マグネシウムサプリメントの一般的な副作用は下痢であり、経口マグネシウム補給の課題となっています。
難治性の症例では、補助的な薬物治療が必要になる場合がある。腎機能が正常な患者では、アミノフェニデートまたはトリアミノフェニデートで上皮性ナトリウムチャネルを阻害すると、血清マグネシウム値が上昇する可能性がある。その他の可能性のある戦略としては、特に糖尿病患者において、血清マグネシウム値を上昇させるためにSGLT2阻害剤を使用することが挙げられる。これらの効果の背後にあるメカニズムはまだ明らかではないが、糸球体濾過率の低下と尿細管再吸収の増加に関連している可能性がある。短腸症候群、手足のけいれん、てんかんなどの経口マグネシウム補充療法が無効な低マグネシウム血症患者、および不整脈、低カリウム血症、低カルシウム血症による血行動態不安定性がある患者には、静脈内療法を行うべきである。PPIによって引き起こされる低マグネシウム血症はイヌリンの経口投与によって改善することができ、そのメカニズムは腸内細菌叢の変化に関連している可能性がある。

マグネシウムは臨床診断と治療において重要な電解質ですが、しばしば見落とされがちです。従来の電解質として検査されることはほとんどありません。低マグネシウム血症は通常、無症状です。体内のマグネシウムバランスを調節する正確なメカニズムはまだ明らかになっていませんが、腎臓がマグネシウムを処理するメカニズムの研究は進歩しています。多くの薬剤が低マグネシウム血症を引き起こす可能性があります。低マグネシウム血症は入院患者によく見られ、ICU滞在期間の延長の危険因子です。低マグネシウム血症は有機塩製剤の形で是正する必要があります。健康と病気におけるマグネシウムの役割については未だ解明されていない謎が多く残されていますが、この分野は多くの進歩を遂げており、臨床医は臨床医学におけるマグネシウムの重要性にもっと注意を払うべきです。