Микроэлементы

Микроэлементы

Микроэлементы (синоним: следовые элементы, трейс-элементы) — химические элементы, присутствующие в тканях человека, животных и растений в так называемых следовых количествах (тысячные доли процента и ниже). Микроэлементы, содержание которых в тканях живых организмов ниже 10^-5 весовых % (золото, ртуть, уран, радий и некоторые другие), называют ультрамикроэлементами. Микроэлементами называют также химические элементы, содержащиеся в следовых количествах в водах, почвах, горных породах.   

 Биологическая роль М. определяется их участием практически во всех видах обмена веществ организма; они являются кофакторами многих ферментов, витаминов, гормонов, участвуют в процессах кроветворения, роста, размножения, дифференцировки и стабилизации клеточных мембран, тканевом дыхании, иммунных реакциях и многих других процессах, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность организма.   

 В организме человека обнаружено  около 70 химических элементов (в т.ч. микроэлементов), из которых 43 считаются эссенциальными (незаменимыми). Кроме эссенциальных М., являющихся незаменимыми факторами питания, дефицит которых приводит к различным патологическим состояниям, существуют токсичные М., представляющие собой основные загрязнители окружающей среды и вызывающие у человека заболевания и интоксикации. При определенных условиях эссенциальные М. могут проявлять токсическое действие, а некоторые токсические М. в определенной дозе обладают свойствами эссенциальных. Потребность человека в М. колеблется в широких пределах и для большинства М. точно не установлена. Всасывание М. происходит главным образом в тонкой кишке, особенно активно — в двенадцатиперстной кишке. Из организма М. выводятся с калом и мочой. Некоторая часть М. выделяется в составе секретов экзокринных желез, со слущенными клетками эпителия кожи и слизистых оболочек, с волосами и ногтями. Каждый микроэлемент характеризуется специфическими особенностями всасывания, транспорта, депонирования в органах и тканях и выделения из организма.    

 Содержание М. в органах и тканях человека составляет от 10^-2 до 10^-7% от массы органа. Оно более высокое в паренхиматозных органах (например, печени), наименьшее — в цереброспинальной жидкости и плазме крови. Неравномерное распределение М. в организме связано с их специфическим участием в деятельности различных органов. Содержание М. в организме изменяется в зависимости от времени года и возраста. В частности, с возрастом повышается концентрация в тканях алюминия, титана, кадмия, никеля, цинка, свинца, а концентрация меди, марганца, молибдена, хрома снижается. В крови увеличивается содержание кобальта, никеля, меди и уменьшается содержание цинка. Во время беременности и в период лактации в крови становится в 2—3 раза больше меди, марганца, титана и алюминия.   

 Обеспеченность М. обусловлена их содержанием в воде и пищевых продуктах, количественным соотношением М. между собой и усвояемостью тех веществ, в составе которых М. поступают в организм. Содержание М. в пищевых продуктах во многом зависит от геохимической зоны. Существуют районы со значительными отклонениями концентрации определенных М. в почве и воде от нормы (как в сторону уменьшения, так и увеличения), что отражается на содержании этих М. в продуктах растительного и животного происхождения.   

 Большая часть М. поступает в организм-с пищевыми продуктами растительного происхождения. В молочных и мясных продуктах содержание М. невысоко. В коровьем молоке обнаружено 22 микроэлемента (железо, марганец, медь, цинк, кобальт, молибден, кремний, фтор, йод и др.), однако концентрация их в молоке очень низкая. В мясных продуктах в умеренных количествах присутствуют серебро, молибден, медь, титан, цинк. В продуктах моря содержатся довольно в больших количествах серебро, мышьяк, кадмий, фтор, литий, никель.   

 Широкое распространение М. в природе и невысокая потребность в них человека объясняют относительную редкость возникновения патологических состояний, обусловленных недостаточным или избыточным поступлением М. в организм человека. Однако дефицит, избыток или дисбаланс содержания М., особенно в эндемичных регионах, могут приводить к развитию заболеваний, синдромов или патологических состояний, объединяемых термином «микроэлементозы». Некоторые болезни, в основе которых лежит недостаточность М., могут быть генетически обусловленными. При интоксикации М. существенное значение имеет не только превышение дозы, но и нарушение механизмов превращения микроэлемента и выведения его из организма. Роль большинства эссенциальных М. в организме человека изучена достаточно хорошо; данных об участии других М. в процессах обмена веществ и энергии мало, хотя наличие их в организме человека доказано.   

 Для определения содержания М. в организме широко используются методы, позволяющие проводить массовые обследования, что чрезвычайно важно для практического здравоохранения. К таким методам относятся атомно-абсорбционная спектрофотометрия, атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой, масс-спектрометрия. Наряду с ними используются электрохимический анализ, рентгенофлюоресцентный анализ, нейтронно-активационный анализ, фотоядерный анализ.    

Бром. Наибольшее содержание отмечают в мозговом веществе почек, щитовидной железе, ткани головного мозга, гипофизе. Бром при чрезмерном накоплении угнетает функцию щитовидной железы, препятствуя поступлению в нее йода. Соли брома оказывают тормозящее действие на ц.н.с., активируют половую функцию, увеличивая объем эякулята и количество сперматозоидов в нем. Бром входит в состав желудочного сока, влияя (наряду с хлором) на его кислотность. Суточная потребность в броме составляет 0,5—2 мг. Основными источниками брома в питании человека являются хлеб и хлебопродукты, молоко и молочные продукты, бобовые. В норме в плазме крови содержится около 17 ммоль/л брома (около 150 мг / 100 мл плазмы крови).    

Ванадий. Наибольшее содержание обнаруживают в костях, зубах, жировой ткани. Ванадий оказывает гемостимулирующее действие, активирует окисление фосфолипидов, влияет на проницаемость митохондриальных мембран, угнетает синтез холестерина. Он способствует накоплению солей кальция в костях, повышает устойчивость зубов к кариесу. При избыточном поступлении в организм ванадий и его соединения проявляют себя как яды, поражающие систему кровообращения, органы дыхания, нервную систему и вызывающие аллергические и воспалительные заболевания кожи.    

Железо. Являясь составной частью гемоглобина, железо принимает участие в процессе кроветворения и переносе кислорода кровью из легких в ткани. Железо необходимо и для нормального использования кислорода в тканях, а именно в процессах биологического окисления, обеспечивающего организм энергией.

Железо причастно к образованию  гормонально-активных форм витамина D, где важная роль принадлежит также  аскорбиновой кислоте и витамину В2, что является примером тесного взаимодействия витаминов и минеральных веществ.

Также железо, витамин В2 и витамин С совместно участвуют в превращении проколлагена в коллаген, а также в обезвреживании и выведении из организма разнообразных чужеродных веществ, лекарств и ядов. Железо входит в состав ферментов, осуществляющих разрушение образующихся в организме перекисных (свободно-радикальных) соединений: перекиси водорода и органических перекисей.

Всего в организме взрослого  человека содержится около 4,0 г железа. Из них 2,5 г составляет железо гемоглобина, 0,3 г - функционально активное железо тканей (миоглобин, выполняющий в  мышцах функцию Депо кислорода, различные  гемсодержащие ферменты, негемовое железо). Остальное количество приходится на долю транспортной формы железа.

Железо усваивается в желудке  и кишечнике, но преимущественно  в двенадцатиперстной кишке, причем двухвалентное железо усваивается  гораздо лучше трехвалентного, содержащегося  в пищевых продуктах. Восстановители, такие как аскорбиновая и лимонная кислоты, животный белок, некоторые органические кислоты, превращают трехвалентное железо в двухвалентное и тем самым повышают его адсорбцию. Способствуют его всасыванию некоторые простые углеводы - лактоза, фруктоза, сорбит, а также аминокислоты -гистидин, цистеин и лизин.

 Учитывая, что в кишечнике всасывается не более 10% железа, поступающего с пищей, рекомендуемая норма его потребления составляет для мужчин 8-10 мг в сутки, для девушек и женщин детородного периода - 18-20 мг. Во время беременности рекомендуемая норма потребления установлена на уровне 25-27 мг в сутки.

 Недостаточное потребление железа - причина широкого распространения среди женщин как скрытых (латентных), так и явных форм железодефицитных состояний и анемии. Следует заметить, что в качестве дополнительных факторов, вызывающих дефицит этого элемента, является прием некоторых лекарственных средств (аспирин, индометацин), избыточное потребление кофеи чая, недостаток в пище ионов меди.

При железодефиците с самого начала страдает весь организм, а анемия является поздней стадией болезни. Начальные признаки дефицита железа неспецифичны и выражаются в легкой утомляемости, головных болях, повышенной возбудимости или, напротив, депрессии; развивается сердцебиение, поверхностное дыхание, боли в области сердца, головокружение и склонность к обморокам, дискомфорт желудочно-кишечного тракта, отсутствие или извращение аппетита и вкуса, сухость слизистой оболочки полости рта и языка, неровная поверхность и трещины красной каймы губ.

Весьма часты железодефицитные состояния и анемии у детей  первых лет жизни - после перехода на самостоятельное питание, когда  запасы железа, полученные от матери во внутриутробном периоде и при  кормлении грудью, быстро исчерпываются, а его поступление с обычными продуктами питания оказывается  недостаточным для растущего  детского организма.

Следствием этого дефицита являются повышенная утомляемость, слабость детей, сниженный иммунитет, частые недомогания, повышенная склонность к простудным заболеваниям. Недостаток железа во внутриутробном периоде (при плохой обеспеченности им организма матери) и в первые годы жизни ребенка - одна из частых причин задержки его роста и развития, в том числе умственных, познавательных способностей, так как дефицит железа в этот период отрицательно сказывается на формировании развивающегося детского мозга. Особая группа риска возникновения железодефицитных состояний - подростки (в период роста, наступления менструаций у девочек). Избыток железа в тканях и органах способствует повышению продукции свободных радикалов и увеличивает потребность организма в витамине Е. Повышенный уровень железа может также предшествовать развитию заболеваний сердца и злокачественных опухолей.    

Йод. Йоду принадлежит исключительно важная роль в обмене веществ и поддержании здоровья человека. Он входит в состав гормонов щитовидной железы: тироксина и трийодтиронина, которые контролируют интенсивность энергетического обмена, активно влияют на физическое и психическое развитие человека, дифференцировку и развитие органов и тканей, состояние центральной нервной системы. В пище и воде йод присутствует в виде йодидов, которые всасываются на протяжении всего пищеварительного тракта. Место концентрации йода - щитовидная железа. Для полного и надежного удовлетворения физиологической потребности в йоде рекомендуемая норма его потребления, по последним данным, составляет: для детей от 1 года до 8 лет - 90 мкг, от 9 до 13 лет - 120 мкг, старше 14 лет и взрослых мужчин и женщин - 150 мкг; для женщин во время беременности - до 220 мкг и в период кормления грудью - до 290 мкг в сутки. Йодный дефицит наиболее выражен у сельских жителей и малообеспеченных групп населения. Дефицит йода может в течение длительного времени развиваться без ярких внешних проявлений, поэтому он получил название «скрытый голод». Исследования последних двух десятилетий убедительно показали: недостаток йода в первую очередь сказывается на интеллекте человека. Дефицит йода у беременной женщины и новорожденного нарушает развитие центральной нервной системы ребенка, ведет к его умственной отсталости: от легкой степени и до явного кретинизма. При этом могут пострадать не только ум и память, но и слух, зрение и речь. Другими проявлениями этого дефицита являются: низкий рост (вплоть до карликовости), снижение иммунитета и, как следствие - большая подверженность инфекционным заболеваниям. Во взрослом состоянии люди, испытывающие недостаток йода, страдают умственной заторможенностью, труд их малопроизводителен, они не способны выполнять высококвалифицированную работу. При недостаточном поступлении в организм йода синтез гормонов щитовидной железы нарушается, что ведет к тяжелому расстройству всех зависящих от этих гормонов физиологических процессов. Одновременно происходит разрастание щитовидной железы, направленное как бы на попытку восполнить нехватку тироксина путем увеличения массы синтезирующей его ткани. В результате возникает эндемический зоб, на фоне которого может развиться рак щитовидной железы.    

Кобальт. Наибольшее содержание отмечают в крови, селезенке, костях, яичниках, гипофизе, печени. Стимулирует процессы кроветворения, участвует в синтезе витамина В₁₂, улучшает всасывание железа в кишечнике и катализирует переход так называемого депонированного железа в гемоглобин эритроцитов. Способствует лучшей ассимиляции азота, стимулирует синтез мышечных белков. Кобальт влияет науглеводный обмен, активизирует костную и кишечную фосфатазы, каталазу, карбоксилазу, пептидазы, угнетает цитохромоксидазу и синтез тироксина (см. Тиреоидные гормоны). Избыток кобальта может вызвать кардиомиопатию, оказывает эмбриотоксическое действие (вплоть до внутриутробной гибели плода).

Суточная потребность составляет 40—70 мкг. Основные источники в питании — молоко, хлеб и хлебопродукты, овощи, печень, бобовые. В норме в плазме крови содержится примерно 20—600 нмоль/л (0,1—4 мкг/100 мл) кобальта,    

Кремний. Наибольшее содержание определяют в бронхолегочных лимфатических узлах, хрусталике глаза, мышечной оболочке кишечника и желудка, поджелудочной железе. Содержание кремния в коже максимально у новорожденных, с возрастом оно уменьшается, а в легких, наоборот, возрастает в десятки раз. Соединения кремния необходимы для нормального развития и функционирования соединительной и эпителиальной тканей. Полагают, что присутствие кремния в стенках сосудов препятствует проникновению в плазму крови липидов и их отложению в сосудистой стенке. Кремний способствует биосинтезу коллагенов и образованию костной ткани (после перелома количество кремния в костной мозоли увеличивается почти в 50 раз). Считают, что соединения кремния необходимы для нормального протекания процессов липидного обмена.Пыль кремнийсодержащих неорганических соединений может вызвать развитие силикоза, силикатоза, диффузного межуточного пневмокониоза. Еще более ядовиты кремнийорганические соединения.

Суточная потребность в диоксиде кремния SiO₂ составляет 20—30 мг. Источниками его являются вода и растительные пищевые продукты. Дефицит кремния приводит к так называемой силикозной анемии. Повышенное поступление в организм кремния может вызвать нарушения фосфорно-кальциевого обмена, образование мочевых камней.    

Марганец. Марганец входит в состав многих ферментов, регулирующих углеводный и жировой обмены и осуществляющих  антиоксидантную защиту. Он участвует в метаболизме аминокислот, витаминов В и Е, продукции энергии и половых гормонов, стимулирует образование антител, усиливает действие инсулина. Особое значение марганец имеет в реализации функции опорно-двигательного аппарата, центральной нервной системы и половых желез. Марганец предотвращает негативное воздействие избытка железа на организм, способствует снижению уровней холестерина и триглицеридов. В сочетании с кальцием марганец способствует предотвращению развития предменструального синдрома. Концентрация марганца особенно высока в тканях мозга, печени, почек, поджелудочной железы. Усвоение марганца увеличивается при одновременном поступлении в организм цинка, витамина С и аминокислот.