Микроэлементы

 Уровень адекватного, т. е. достаточного потребления марганца для взрослых мужчин составляет 0,2-0,3 мг, на 1 кг веса человека. Установлено, что дефицит марганца нарушает рост и развитие скелета, ухудшает минеральную плотность костей, нарушает пигментацию кожи, вызывает задержки роста волос и ногтей, увеличивает риск возникновения диабета, астматических явлений, раннего климакса и дисфункции яичников. В повышенных количествах марганец проявляет нейротоксические свойства. Верхний уровень его допустимого потребления составляет 11 мг в сутки.

    Медь. Медь - один из важнейших незаменимых микроэлементов. Вместе с железом она принимает непосредственное участие в процессах кроветворения; она играет важную роль в процессах биологического окисления, обеспечивающих организм энергией. Также медь необходима для нормального обмена железа, в частности для его транспорта - переноса между различными органами и тканями и, прежде всего, для использования запасов железа, хранящихся в печени. Этот минерал необходим также для поддержания здорового состояния нервной системы и суставов. Потребность в меди возрастает при воспалительных заболеваниях и склонности человека к болезни суставов. Медь, вместе с витамином В6 участвует в образовании белков соединительной ткани: эластина кровеносных сосудов и коллагена, образующего белковый каркас костей скелета.

Кроме того, медь входит в состав ферментов, играющих важную роль в системе антиоксидантной  защиты организма. С этим обстоятельством  связывают и роль меди в поддержании активного иммунитета. Половина содержащегося в организме количества меди приходится на мышцы и кости, 10% - на ткани печени. Небольшие количества этого элемента находятся в легких, кишечнике, селезенке, коже и волосах, а также во всех эндокринных органах. Усвоение меди происходит главным образом в верхних отделах пищеварительного тракта. Адсорбция в сильной степени зависит от химических форм, в которых находится медь – сульфид меди и порфирин меди усваиваются плохо, а комплекс меди с аминокислотами усваивается хорошо.

Суточная потребность - 30 мкг/кг для взрослых, 80 мкг/кг - для детей раннего возраста, 40 мкг/кг - для детей старшего возраста. Предполагать возможность глубокого дефицита меди у населения экономически развитых стран нет оснований, тем не менее, умеренный недостаток этого элемента, по-видимому, может иметь место. Дополнительной причиной дефицита данного элемента может являться однообразные молочные диеты, в связи с низким содержанием меди в молочных продуктах. При дефиците меди наблюдается анемия при одновременном накоплении в печени избытка железа, ухудшение координации движений, дефект соединительных тканей за счет нарушения синтеза коллагена, остеопороз, диарея, выпадение волос, общая слабость, бледность кожи и ее поражения, нарушения со стороны дыхательной системы, раздражительность, замедление роста. При избыточном содержании меди иногда наблюдаются депрессии, раздражительность, тошнота, рвота, нервозность, боли в мышцах и суставах.    

Молибден. Наибольшее содержание отмечают в печени, почках, пигментном эпителии сетчатки глаза. Является частичным антагонистом меди в биологических системах. Активирует ряд ферментов, в частности флавопротеины, влияет на пуриновый обмен. При дефиците молибдена усиливается образование ксантиновых камней в почках, а его избыток приводит к повышению в крови концентрации мочевой кислоты в 3—4 раза по сравнению с нормой и развитию так называемой молибденовой подагры. Избыток молибдена способствует также нарушению синтеза витамина В₁₂ и повышению активности щелочной фосфатазы.   

 Суточная потребность в молибдене  составляет 0,1—0,5 мг (около 4 мкг на 1 кг массы тела). Основными источниками являются хлеб и хлебопродукты, бобовые, печень, почки. В плазме крови в норме содержится в среднем от 30 до 700 нмоль/л (около 0,3—7 мкг/100 мл) молибдена.    

Никель. Наибольшее содержание обнаруживают в волосах, коже и органах эктодермального происхождения. Подобно кобальту никель благотворно влияет на процессы кроветворения, активирует ряд ферментов, избирательно ингибирует многие РНК (см. Нуклеиновые кислоты). При избыточном поступлении никеля в организм в течение длительного времени отмечаются дистрофические изменения в паренхиматозных органах, нарушения со стороны сердечно-сосудистой, нервной и пищеварительной систем, изменения в кроветворении, углеводном и азотистом обменах, нарушения функции щитовидной железы и репродуктивной функции. У лиц, проживающих в районах с высоким содержанием никеля в окружающей среде, наблюдаются кератиты, конъюнктивиты, осложняемые изъязвлением роговицы, Потребность в никеле не установлена. Много никеля в растительных продуктах, морской рыбе и продуктах моря, печени, поджелудочной железе, гипофизе.    

Селен. Жизненно важную роль селена принято связывать с его антиоксидантными свойствами. Однако следует иметь в виду, что сам селен как элемент антиоксидантом не является. Его роль в защите организма от разрушительного действия процессов свободнорадикального окисления связана с тем, что он входит в состав важного фермента антиоксидантной системы организма, важнейшими звеньями которой являются аскорбиновая кислота и витамин Е. Будучи антиокислителем, селен обладает защитным влиянием на цитоплазматические мембраны, не допуская как их изменения, так и генетических нарушений ДНК, способствуя таким образом нормальному росту клеток. Селен также входит в состав другого важного фермента, необходимого для нормального образования и обмена йодсодержащих гормонов щитовидной железы. Именно поэтому при дефиците селена йод может оказаться не в состоянии выполнить надлежащим образом свои жизненно важные функции в организме человека. Селен необходим также для поддержания функции поджелудочной железы и эластичности тканей. Кроме того, селен влияет на метаболизм серы за счет своего сходства с ней. Наиболее интенсивно всасывание селена происходит в двенадцатиперстной и в несколько меньшей степени - в тощей и подвздошной кишках. Следует заметить, что селен почти не усваивается организмом в присутствии углеводов (сладкие и мучные продукты). Селен широко распространен в тканях, наибольшие его концентрации находятся в почках и печени. В печени его концентрация отличается наибольшим постоянством. Рекомендуемая норма потребления селена для взрослых мужчин и женщин составляет 55 мкг, а максимальный верхний уровень безопасного потребления - 400 мкг в сутки. Основной причиной этого недостатка, как и в случае с йодом, является низкое содержание селена в почве и производимой на этих почвах сельскохозяйственной продукции: как растительной, так и животной. Особенно бедны селеном почвы регионов, подвергавшихся оледенению или другим воздействиям, разрушившим ее плодородный слой. При недостатке селена активность антиоксидантной системы в целом неизбежно снижается, в результате чего страдает иммунная система и клетки сердечной мышцы. Наиболее яркое проявление селенового дефицита - болезнь Кешана, выявленная в свое время в одноименной провинции Китая с исключительно низким потреблением селена: менее 20 мкг в сутки. В основе этой болезни лежит тяжелое дистрофическое поражение сердца, проявляющегося в аритмиях, увеличении размеров сердца и точечных некрозах миокарда, за которыми часто следует сердечная недостаточность. При недостатке селена страдают не только сердце, сосуды и печень, но и развивается дистрофия поджелудочной железы, сопровождающаяся нарушением усвоения жиров и возникновением дефицита жирорастворимых витаминов, в частности витамина Е. У детей недостаток селена может проявляться в виде дистрофии, задержек роста и развития. Установлено также, что недостаток селена в несколько раз увеличивает предрасположенность человека к раковым заболеваниям. Следует помнить, что селен высокотоксичен; поэтому там, где в почве и продуктах наблюдается избыток селена, может проявляться гиперселеноз с быстрым облысением, разрушением ногтей, зубов, различными поражениями кожи и нарушениями со стороны нервной системы.     

Фтор. Наибольшее содержание отмечено в зубах и костях. Фтор в низких концентрациях повышает устойчивость зубов к кариесу, стимулирует кроветворение, репаративные процессы при переломах костей и реакции иммунитета, участвует в росте скелета, предупреждает развитие старческого остеопороза. Избыточное поступление фтора в организм вызывает флюороз и подавление защитных сил организма. Фтор, являясь антагонистом стронция, снижает накопление радионуклида стронция в костях и уменьшает тяжесть лучевого поражения от этого радионуклида. Недостаточное поступление фтора в организм является одним из экзогенных этиологических факторов, вызывающих развитие кариеса зубов, особенно в период их прорезывания и минерализации. Антикариозный эффект обеспечивает фторирование питьевой воды до концентрации в ней фтора около 1 мг/л. Фтор вводят также в организм в виде добавки в поваренную соль, молоко или в виде таблеток. Суточная потребность во фторе составляет 2—3 мг. С пищевыми продуктами, из которых фтором наиболее богаты овощи и молоко, человек получает около 0,8 мг фтора, остальное его количество должно поступать с питьевой водой. В плазме крови в норме содержится около 370 мкмоль/л(700 мкг/100 мл) фтора.    

Цинк. Этот микроэлемент входит в качестве кофактора в состав более 350 различных ферментов, и трудно назвать какой-либо биохимический или физиологический процесс, в котором бы он не принимал участия. Цинк выполняет многообразные функции в организме: участвует в процессах дыхания, белкового и нуклеинового обмена, формировании иммунитета. Он необходим для синтеза белка, в том числе коллагена, регулирует вкусовую и обонятельную чувствительность, защищает печень от химического повреждения, необходим для формирования костей, участвует в процессе предотвращения формирования свободных радикалов, способствует регенерации эритроцитов и гемоглобина, обеспечивает реализацию кроветворного действия витамина А и фолиевой кислоты. Цинк играет важную роль в реализации гормональных функций в организме: он непосредственно влияет на продукцию и функционирование инсулина (а тем самым на весь спектр инсулинзависимых процессов), участвует в синтезе мужских и женских половых гормонов. Вместе с витамином А и витамином С препятствует возникновению иммунодефицитов, стимулирует синтез антител, оказывает антистрессовое и противовирусное действие.  Цинк необходим также ля развития мозга и формирования поведенческих реакций. Цинк препятствует развитию куриной слепоты-нарушение ночного видения. Вместе с витамином В6 обеспечивает метаболизм ненасышенных жирных кислот и синтез простогландинов. Участвует в образовании хиломикронов-транспортные частицы, в составе которых пищевые жиры могут всасываться в кровь. Цинк обнаружен во всех органах и тканях, где его количество колеблется в широких пределах, но наиболее богаты цинком скелетные мышцы. Всасывание элемента происходит в тонкой кишке. Рекомендуемые нормы потребления цинка для взрослых мужчин 11 мг, для женщин - 8 мг, во время беременности и лактации - соответственно 11 и 12 мг в сутки. Основная причина недостаточного потребления цинка - его низкое содержание в почвах и, как следствие, в пищевых продуктах. Дефицит цинка может вызвать снижение вкусовой и обонятельной чувствительности, истончение и расслоение ногтей, появление на них белых пятен, бесплодие, развитие анемий, повышение уровня холестерина, нарушение ночного зрения, потере сексуальной активности, угнетение сперматогенеза, вплоть до бесплодия, рецидивирующие простуды и грипп, кожные поражения, замедленное заживление ран.

Тотальный дефицит цинка  способствует усилению роста опухолей.

Дефицит цинка в детском возрасте приводит к замедлению роста и  задержке полового созревания подростков.Наибольшее содержание обнаруживают в печени, предстательной железе, сетчатке глаза. Входит в состав фермента карбоангидразы и других металлопротеинов. Влияет на активность тройных гормонов гипофиза, участвует в реализации биологического действия инсулина, обладает липотропными свойствами, нормализует жировой обмен, повышает интенсивность распада жиров в организме и предотвращает жировую дистрофию печени. Участвует в кроветворении. Необходим для нормального функционирования гипофиза, поджелудочной железы, семенных пузырьков, предстательной железы. При обычном питании гипоцинкоз у человека развивается редко. Причиной недостаточности цинка может стать избыточное содержание в рационе продуктов из зерновых, которые богаты фитиновой кислотой, препятствующей всасыванию солей цинка в кишечнике. Недостаточность цинка проявляется замедлением роста и недоразвитием половых органов в юношеском возрасте, анемией, гепатоспленомегалией, нарушением оссификации, алопецией. Дефицит цинка во время беременности приводит к преждевременным родам, внутриутробной гибели плода или рождению нежизнеспособного ребенка с различными аномалиями развития. У новорожденных дефицит цинка может быть генетически обусловлен нарушением всасывания цинка в кишечнике. Оно проявляется рецидивирующей диареей, пузырьковыми и гнойничковыми заболеваниями кожи, блефаритом, конъюнктивитом, иногда — помутнением роговицы, алопецией. Суточная потребность в цинке составляет (в мг): у взрослых — 10—15; у беременных женщин — 20, кормящих матерей — 25; детей — 4—5; детей грудного возраста — 0,3 мг на 1 кг массы тела. Наиболее богаты цинком говяжья и свиная печень, говядина, желток куриного яйца, сыр, горох, хлеб и хлебопродукты, куриное мясо.    

Другие микроэлементы. Роль других М. изучена меньше. Установлено, что концентрация ионов серебра в очагах воспаления повышена, что связано, по-видимому, с его антисептическим действием. Алюминий участвует в построении эпителиальной и соединительной ткани, регенерации костей, влияет на активность пищеварительных ферментов. Бор усиливает действие инсулина. Титан участвует в построении эпителиальной ткани, образовании костной ткани, кроветворении. Барий оказывает уплотняющее действие на ткани, наибольшее его количество содержится в тканях глаза.

Микроэлементы, их значение для организма человека в современных  экологических условиях

Я знаю, люди состоят из атомов,

                                                                частиц, как радуги из светящих-

                                                                ся пылинок или фразы из букв.

                                                                Стоит изменить порядок, и наш

                                                                смысл меняется.

                                                                 “Химия и жизнь”  № 3 1985 г.

 
Микроэлементы – это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития. Выделены три основополагающих принципа ее функционирования: 1) избирательное поглощение микроэлементов; 2) избирательная концентрация их в определенных организмах, органах, тканях и некоторых органеллах клетки; 3) селективное выделение. Эти механизмы поддерживают микроэлементный гомеостаз. 
 
По классификации, основанной на количественном признаке, все минеральные элементы делятся на три группы в соответствии с их содержанием в организме:  

1.  
   макроэлементы: Са, Р, К, Na, S, Cl, Mg; 
2.  
   микроэлементы (МЭ): Fe, Br, Cd, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Si, Cs, J, Mn, Al, B, Rb, Pb и 
3.  
   ультрамикроэлементы: Se, Ti, Sc, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh. 

 
Система классификации по количественному  признаку проста и удобна, но она  не дает ответа на главный вопрос –  какова биологическая роль того или  иного элемента в организме. Кроме  того, количественное содержание некоторых  элементов в организме может  значительно варьироваться в  зависимости от среды обитания человека, его рациона питания и трудовой принадлежности (это утверждение, в  частности, относится к F, V, Se, Sr, Mo и Cd).  
 
Классификация, основанная на биологической роли элементов, представляет больший интерес для физиологов. Согласно этой классификации, минеральные элементы, обнаруженные в организме делят на три группы:  

1.  
   жизненно необходимые (эссенциальные элементы): Ca, P, K, Cl, Na, Zn, Mn, Mo, J, Se, S, Mg, Fe, Cu, Co; 
2.  
   вероятно (условно) необходимые (условно эссенциальные элементы): F, Si, Ti, V, Cr, Ni, As, Br, Sr, Cd; 
3.  
   элементы с малоизученной или неизвестной ролью: Li, B, Al, Ge, Zr, Sn, Ce, Hg, Vi, Be, Rb, Ag, Sb, Ba, Pb, Ra, U.

 
Группа эссенциальных элементов  включает в себя все макр-, часть микро- и ультамикроэлементов. Поэтому порядок концентрации того или иного микроэлемента в организме не определяет его биологического значения. 
 
Концентрация элементов в живом веществе прямо пропорциональна содержанию их в среде обитания с учетом растворимости их соединений. Химический состав организма есть его признак – видовой, родовой и др.; различные области земной поверхности различаются по элементному составу, что приводит к различию в содержании микроэлементов в организмах и своеобразным биологическим реакциям в ответ на эти различия. 
 
Эти представления лежат в основе учения о биогеохимических провинциях и биогеохимической патологии (эндемических болезнях. Содержание микроэлементов в окружающей среде имеет большое значение для организма человека. Знание аномальных в биогеохимическом отношении регионов и провинций природного происхождения как источников биогеохимических эндемий (постоянно существующих заболеваний) очень важно для эпидемиологической оценки этих очагов, разработки научно обоснованных методов профилактики таких болезней.  
 
Однако в последнее время еще более остро встала проблема техногенных эндемий, т.е. заболеваний антропургического происхождения, возникающих в результате природопреобразующей деятельности человека или существующих в преобразованной человеком среде. Существенные наблюдения накоплены фитопатологами и специалистами по болезням животных. Они показывают, что микроэлементные загрязнения сред жизни по своему значению начинают приобретать характер «лимитирующих факторов», которые угрожают не только нормальному развитию, но и самому существованию различных видов живых существ. 
 
До тех пор, пока реакции организма в ответ на изменения концентраций микроэлементов в среде не выходят за пределы нормы реакции, организм сохраняет гомеостаз, в противном случае развивается экопатология (нарушаются адаптационные механизмы, происходят разбалансирование ферментативных процессов, изменения метаболических превращений). 
 
Микроэлементные загрязнения окружающей среды представляют большую опасность в индустриально развитых странах. Рядом со многими промышленными предприятиями образуются постоянно расширяющиеся техногенные биогеохимические провинции с повышенным содержанием в средах жизни свинца, мышьяка, фтора, ртути, кадмия, марганца, никеля и других элементов. Микроэлементные загрязнения возникают и на значительном отдалении от предприятий в результате трансгрессии (переноса) загрязнителей воздушными массами и водными потоками. Такой перенос может быть эпизодическим (например, в результате катастроф), но может быть и постоянным (например, кислотные дожди, выпадения оксидов серы и азота) и носит не только локальный, но и глобальный характер. 
 
Крупные индустриальные центры представляют собой экстремальные зоны обитания в результате интенсивного загрязнения. Средний уровень микроэлементов намного выше в городах по сравнению с природными ландшафтами: Wo, Hg, Cd, Pb – в 14-50 раз, Sb, Mo, Zn – в 30-400 раз, Сu, Ni – в 8-63 раза, Co, Cr – в 11-46 раз. Распределение их связано с условиями застройки городов. 
 
Агрессивность внешней среды, обусловленная антропогенными изменениями, в настоящее время настолько велика, что ее нельзя игнорировать. В условиях микроэлементных загрязнений происходит накопление различных токсичных элементов в плаценте, волосах, органах эндокринной системы. Происходят явления дизадаптации, нарушения физического и психического развития, аномальные изменения скелета и другие нарушения. 
 
Согласно современным представлениям, ряд микроэлементов является абсолютно необходимым для организма, оптимального состояния его здоровья. Эти химические элементы оказывают большое влияние на жизнь организма, вступая в связь с органическими веществами, синтезируемыми в живых клетках. Они влияют на оплодотворение, развитие, рост, жизнеспособность организма, его иммунологические свойства, дыхательную функцию гемоглобина и прочие важнейшие функции. Процессы метаболизма происходят при участии многих металлоферментов. Вместе с тем каждый элемент имеет присущий ему диапазон безопасной экспозиции, который поддерживает определенные тканевые концентрации и функции; у каждого микроэлемента есть также свой токсический диапазон, когда безопасная степень его экспозиции превышена.