Роль микроэлементов в жизни человека

Химические элементы распространены в окружающей среде очень неравномерно. Обращает на себя внимание огромное содер­жание таких микроэлементов (по отношению к человеческому организму) как Si, Al, Fe, Zr, Mn, Zn, а также макроэлементов К, Ca в земной коре (верхней литосфере) и их небольшие концентра­ции в пресной, морской воде и атмосфере. Однако в биосфере про­исходит накопление многих из этих элементов, их концентриро­вание, что свидетельствует о высокой потребности в них живых организмов для осуществления процессов жизнедеятельности.

В биосфере концентрируются такие химические элементы, как О, К, S, С, Р, Cl, N, Sn, As, относительно высоко содержание Са, В, Zn, Ba, Sr, Rb, Cu, Pb.

В связи с различными средами обитания существенно разли­чаются концентрации химических элементов в морских и назем­ных растениях и животных.

Так, в «дарах моря» растительного и животного происхожде­ния сконцентрированы такие элементы, как Са, К, Na, Mg, S, Cl, 0, Zn, Cu, Mn, Fe, J, Ni, Ti, Sr, Zn, Cr, Li, B, Li.

Предоставляемые человеку на суше «дары природы», в целом менее богаты макро- и микроэлементами, однако следует выде­лить N, С, F, а также Мn и Аl, содержание которых в наземных растениях выше, чем в морских в 10 раз.

Наземные растения являются основным источником такого важного микроэлемента, как Мn, а морские - Са, Fe, Zn, Si, Li и J.

Представители наземной фауны служат основным резервом для обеспечения человека Р, N, H, т. е. макроэлементами и чрез­вычайно бедны Сг, V, Мn, элементами, принимающими активное участие в регуляции углеводного и жирового обмена, толерантно­сти к глюкозе.

В свою очередь, представители морской фауны накапливают в себе повышенные количества Zn, Со, Сu.

В основном химические элементы поступают в организм человека с пищевой водой и пищей. Исключение со­ставляет только Si, большие количества которого могут попадать в организм ингаляционным путем в виде пыли, песка, или в виде различных соединений этого элемента.

Пищевые цепи химических элементов:

• МЭ почвы—растения—корма и пищевые растительные вещества—организмы человека и животных;

• МЭ воздуха –организмы животных и человека;

• МЭ воды--растения—корма и пищевые растительные вещества—организмы человека и животных;

• МЭ воды-- МЭ воздуха –организмы животных и человека;

• МЭ воды—животные, промежуточные звенья—корма и пищевые вещества животного происхождения—организмы животных и человека;

• МЭ почвы-- МЭ воды------------

• МЭ почвы-- МЭ воздуха –организмы животных и человека

Пути поступления химических элементов в организм челове­ка разнообразны. Основные количества химических элементов попадают в организм с пищей и питьевой водой, меньшие - с вды­хаемым воздухом и через кожу. В случаях длительного лечения препаратами, содержащими макро- или микроэлементы, основ­ным путем поступления могут становиться фармакологические средства и биологически активные добавки к пище, вводимые в организм энтеральным или парентеральным путем. В результате неконтролируемого приема подобных препаратов, у части людей могут возникать так называемые «ятрогенные» (вызванные лече­нием) микроэлементозы. На рисунке 2 представлена схема обмена микроэлементов в орга­низме человека.² Как следует из этой схемы, обмен химических элементов зависит от их поступления из окружающей среды, а также взаимодействия внутри организма, особенностей нейроэндокринной регуляции и выведения из организма.

Рисунок 2. Схема обмена микроэлементов в орга­низме человека

Попав в организм человека, химические элементы распреде­ляются между органами и тканями, избирательно накапливаясь в них. Макро- и микроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Самые большие концентра­ции химических элементов можно обнаружить в костной ткани, коже и ее придатках, печени и мышцах. Концентрация того или иного химического элемента в определенной части тела (депо), как правило, отражает его значимость для функционирования органа или ткани.

Депо Мишени

Костная, нервная ткань, почки алюминий Почки, костная система, ЦНС,

слизистая желудка кроветворение, яичники, матка, молочне

железы

Причины: антисептики антациды, дезодоранты, посуда консервов, керамические зубы, протезы.

печень, кости, волосы, кожа мышьяк кожа, слизисте, печень, канцероген

(кожа, печень, легкие), периферическая

НС (слуховой нерв), сосуды, эритроциты,

иммунная система

Причины: пестициды, морская рыба, красители, легированные стали, стекольная промышленность, полупроводниковая промышленность, обработка древесины, химическое оружие, куреник, ветеринарне мед.препараты, пестициды.

кости кальций костная ткань (остеопороз, переломы),

мышечная ткань(судороги, повышенная

возбудимость, боли в мышцах)

почки(МКБ), щитовидная

железа(дисфункция), иммунная

система(снижение им., аллергозы)

кроветворение(плохая свертываемость)

Причины: н/питание, заб.щ.ж. с гиперфункцией, избыток фосфора, свинца, цинка, кобальта, магния, железа, калия, натрия, остеопороз, заб. почек, вегетативная дисфункция, дефіцит витамина Д, панкреатит, беременность и лактация, слабительные и мочегонные.

почки, печень кадмий почки, кожа, простата, слизисте, ЦНС

Причины: куреник, краски кадмиевые, диализ, проф.: легирование стали, цветная металлургия, аккумуляторы, гальваника, паяльные работы.

Слизистые, кожа, легкие, сердце кобальт печень(стеатоз), ЦНС(снижение памяти,

заторможенность, маразм),

кроветворение( анемия, б.Аддинсона-

Бирмера), костная система

(остеодистрофия)

Причины: недостаточность В12, бытовая техника, диализ, наследственная пернициозная анемия, дезодоранты, атрофия слизистой желудка, тонкого кишечника, инвазия широким лентецом, злоупотребление пивом(избыток).

При избытке( у люб. пива-полицитемия, миокардиодистрофия, гиперплазия щ.ж., аллергодерматит, пневмосклероз, кобальтовая пневмония).

Легкие, ретикулоэндотелиальная хром ЖКТ(поражение печени, язвы), система кроветворная система(поражение

эритроцитов)система, кожа(екзема, язвы, дерматит), почки(нефропатия), дыхательные пути(фиброз легких, аллергозы, прободение носовой перегородки, опухоли)

Причины: аккумуляторы, хромовые красители, Проф.: огбработка древесины,хромирование, кожевенное и текстильное производство, производство цемента, красителей, специальных сталей.

Печень, мозг медь Иммунная система(риск опухолей легких, грудных желез, поджелудочной железы), генетические нарушения обмена меди(б.Вильсона-Коновалова-гепатоцеребральная дистрофия), печень(гепатит, цироз, холецистит), эндокринная система( тиреотоксикоз, струма), кожа (гиперпигментация), почки(МКБ, пиелонефрит), ЖКТ(колит), соединительная ткань (артриты, артрозы, б.Бехтерева, склеродермия, подагра, варикозный тромбофлебит), ЦНС( судороги, риск шизофрении, повышенная возбудимость), ретикулоэндотериальная система( тромбоциты, свертываемость крови).

Причины: краски(медь-лазурь, оксид меди), пестициды, пиротехника, внутриматочная спираль, профессиональная гальваника, стекольная и текстильная промышленность, производство меди, кабелей, вода.

Эритроциты, мышцы, слизистая железо кроветворение(анемия, гемохроматоз,

кишечника, печень гемосидероз), сердце( нарушение

обменных процессов), мышцы(слабость,

снижение выносливости)

ЦНС(головокружение, нарушение

внимания, памяти, головная боль)

иммунитет(увеличение частоты простуд),

слизисте кишечника, печень

Причины: вегетарианство, нед.вит.С, кровотечения, гастрит со снижен. Кислотностью, глистная инвазия, нар. функции щ.ж, лечение комплексонами, облучение, фиброзно-кистозные образования, донорство, беременность, физ.нагрузка, опухоли, инфекции, ревматизм, болезни печени, селезенки.

Микроэлементы, входя в состав ферментов, гормонов, витаминов и биологически активных веществ в качестве комплексообразователей или активаторов, уча¬ствуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом ды¬хании, обезвреживании токсических веществ. Микроэлементы активно влияют на процессы кроветворения, окисления-восста¬новления, проницаемость сосудов и тканей.

Значение этих ионов для жизнедеятельности клетки было понято уже давно. Абсо­лютное количество этих ионов и их баланс поддерживаются в живых системах в узких границах; любое экспериментальное изме­нение в этой части приводит к выраженным изменениям ряда био­логических свойств - клеточной проницаемости, раздражимости, сократимости, вязкости протоплазмы, а также к нарушению про­цесса клеточного деления. О важном значении ионного баланса можно судить по тому факту, что часто пары этих катионов обна­руживают антагонистическое действие. Так, известно, что К⁺ снижает вязкость протоплазмы и вызывает расслабление мышц, тогда как Са²⁺ обусловливает переход цитоплазмы в состояние геля и инициирует мышечное сокращение. Отметим интересную черту баланса Na+—К⁺: у животных Na+ присутствует главным образом вне клеток, в тканевой жидкости, тогда как К⁺ сосредо­точен в клетке. Естественно, что для поддержания такого распре­деления этих ионов клетка должна затрачивать энергию.

Значение ионного состава и ионного баланса в живых системах явствует также из факта замечательного постоянства этих харак­теристик на протяжении всей биологической эволюции. В таблице 3 приведен ионный состав нескольких организмов, относящихся к разным эволюционным типам, в сравнении с ионным составом морской воды.

Таблица 3. Ионный состав жидкостей тела некоторых организмов

в сопоставлении с ионным составом морской воды

	Na+	К+	Са2+	Mg2+	Сlˉ	SО4ˉˉ
ПОЗВОНОЧНЫЕ
Человек (млекопитающее)	145	5,1	2,5	1,2	103	2,5
	100	3,5	1,7	0,83	71	1,7
Крыса (млекопитающее)	145	6,2	3,1	1,6	116
	100	4,2	2,1	1,1	80
Лягушка (амфибия)	103	2,5	2	1,2	74
	100	2,4	1,9	1,2	72
Lophius (рыба)	228	6,4	2,3	3,7	164
	100	2,8	1	1,6	72
БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ
Hydrophilus (насекомое)	119	13	1,1	20	40	0,14
	100	11	0,93	17	34	0,13
Омар (членистоногое)	465	8,6	10,5	4,8	498	10
	100	1,9	2,3	1	110	2,2
Venus (моллюск)	438	7,4	9,5	25	514	26
	100	1,7	2,2	5,7	120	5,9
Морской огурец (иглокожее)	420	9,7	9,3	50	487	30
	100	2,3	2,2	12	120	7,2
Морская вода	417	9Д	9,4	50	483	30
	100	2,2	2,3	12	120	7,2

Пояснение к таблице:

Цифры, набранные жирным шрифтом, - относительные величины (содержание Nа⁺ принято за 100);

Остальные цифры - абсолютные величины, выраженные числом миллимолей на 1 л.

Маккаллум первым отметил, что наблюдающийся здесь параллелизм есть доказательство того, что жизнь возникла в море.³ Последующая эволюция мало что изменила в первона­чальном ионном балансе. По прошествии миллиарда лет эволюции в наземных условиях в наших клетках и в жидкостях нашего тела сохраняется ионный баланс морской воды (хотя, конечно, жидко­сти тела менее концентрированы, чем морская вода, причем так было всегда - и сейчас, и миллиард лет назад).

Однако при общем консерватизме ионного баланса наблюдает­ся все же постепенное изменение концентрации некоторых ионов в ходе эволюции. Сильнее всего выражено изменение в абсолют­ных концентрациях, особенно в абсолютных концентрациях Na⁺, Mg²⁺, СГ и SO₄^2- Кроме того, наблюдается также посте­пенное снижение относительных концентраций Mg²⁺ и SO₄^2-.

Наше понимание роли этих ионов на молекулярном уровне пока но­сит лишь общий характер. Известно, что главные макромолекулярные компоненты клетки - белки и нуклеиновые кисло­ты - представляют собой отрицательно заряженные поливалентные ионы. Следовательно, их противоионами служат катионы. Более того, было обнаружено, что между различными макромо­лекулами и специфическими катионами существуют вполне опре­деленные взаимоотношения. Так, концентрация Mg²⁺ влияет, как оказалось, на агрегацию рибосом (по-видимому, эти ионы воздей­ствуют на РНК, входящую в состав этих частиц). При снижении концентрации Mg²⁺ эти цитоплазматические органеллы распадаются на два компонента мень­шего размера. Кальций почти наверняка служит противоионом фосфолипидного компонента клеточных мембранных систем. Дей­ствие Са²⁺ на снижение порога возбудимости нерва, а также факт высвобождения Са²⁺ из мембранной системы при мышечном со­кращении — все это свидетельствует о важной роли этого иона в явлениях, требующих участия мембран.

Таковы немногие более или менее ясные примеры из этой обширной области клеточной биологии, которая еще требует изу­чения на молекулярном уровне.

Таблица 4. Приблизительный состав тела человека при весе 70 кг⁴

Как, однако, обстоит дело с ультра микроэлементами? Какую мыслимую роль может играть элемент, присутствующий в кон­центрации 10ˉ⁸ М? Ответ оказался весьма простым и ясным. Например, содержание основных элементов в теле человека, таких, как ванадий, хром, марганец, ко­бальт, никель, медь, селен, молибден, олово, йод находится в пре­делах между 3 и 100 мг на 70 кг веса. Возникает вопрос: могут ли столь незначительные количества выполнять биологические фун­кции? Проще найти ответ, если выразить вес в молярных количе­ствах (колонка 4. таблицы 4).

Величины этих показателей свидетель­ствуют, что тело человека содержит, по меньшей мере, 10¹⁹ ионов каждого из этих элементов. Если принять за факт, что в теле чело­века находится примерно 10¹⁴ клеток (эту цифру приводят многие учебники биологии) и что каждая клетка должна содержать от 10⁵ до 10⁶ ионов этих элементов. Метаболически активные клетки бу­дут содержать даже большее количество, тогда как в случае жиров, хрящей и костей — наблюдается противоположная картина. Та­ким образом, даже самые редкие из элементов способны оказывать физиологическое воздействие на каждую клетку организма.

Во всех детально изученных случаях эти ионы, как выяснилось, слу­жат кофакторами определенных ферментов. Поскольку ферменты в силу их каталитической природы обычно требуются лишь в очень низких концентрациях, это должно быть справедливым и для их кофакторов. Небольшие количества микроэлементов нужны также для активации ферментов.

В таблице 5 приведено несколько ферментативных реакций, в которых кофакторами служат те или иные ионы металлов.

Таблица 5. Кофакторы ферментативных реакций

Некоторые ионы металлов блокируются определенными инги­биторами, и тогда они уже более не могут функционировать как кофакторы. В молекуле гемоглобина, например, присутствуют четыре атома железа, которые в норме связывают кислород. Одна­ко цианид и окись углерода обладают способностью значительно сильнее связывать­ся с этими атомами железа, и когда это происходит, гемоглобин утрачивает способность переносить кислород. Подобные ингиби­торы представляют собой клеточные яды; даже в очень низких концентрациях они могут вызвать гибель клетки.

Недостатчное или избыточное поступление МЭ может вызвать те или иные патологоческие изменения в организме, в некоторых случаях опасные для жизни.

Теперь немного о некоторых и основных структурных микроэлементах, которые составляют 99% элементного состава сомы человека. Начнём с железа Fe. Общее количество содержания железа в организме составляет значение, примерно равное 4,25 грамма. Из этого количества 57 % железа находится в гемоглобине крови, 23 % - в тканях и тканевых ферментах, остальные 20 % депонированы в печени, селезёнке, костном мозге и представляют собой физиологический резерв железа в организме. Средний суточный пищевой рацион человека должен содержать не менее 20 миллиграмм железа, а для беременных женщин – не менее 30 миллиграмм, поскольку женский организм в продолжении календарного месяца теряют железа вдвое больше, чем мужчины.

Железо - жизненно важный и необходимый микроэлемент для всего организма. Оно входит не только в состав гемоглобина, но и в состав протоплазмы всех клеток. Железо также входит в состав цитохромов, сложных белков, относящихся к классу хромопротеидов, которые участвуют в процессах тканевого дыхания. В больших количествах железо содержится в свиной печени, говяжьих почках, сердце и печени, непросеянной муке, сырых моллюсках, высушенных персиках, яичных желтках, устрицах, орехах, бобах, спарже и овсяном толокне.

Явления отравления железом выражаются рвотой, диареей, иногда с кровью, падением артериального давления, параличем центральной нервной системы и воспалением почек. При лечении железом могут развиться запоры, так как железо связывает сероводород, а это ослабляет моторику кишечника. При недостатке железа в организме развивается железодефицитная анемия, то есть малокровие. Избыток железа в организме приводит к дефициту меди, цинка, хрома и кальция, а также к избытку кобальта.

Йод J входит в состав всех растений. Некоторые морские растения, такие как пузырчатая водоросль Fucus vesiculosus, морская губка Spongia maritimа обладают способностью концентрировать йод. Общее количество йода в организме человека составляет около 25 миллиграмм. Из них 15 миллиграмм находится в щитовидной железе. Значительное количество йода находится в печени, почках, коже, волосах, ногтях, яичниках и предстательной железе. Щитовидная железа является своего рода центральной регулирующей лабораторией, в которой образуются и накапливаются соединения йода. Нормальная потребность организма в йоде за одни сутки составляет 100-150 миллиграмм для взрослых и 175-200 миллиграмм для беременных и кормящих женщин.

Избыток йода в организме наблюдается при гипертиреозе. Наблюдается избыток йода в организме при базедовой болезни с зобом, экзофтальме, тахикардии. При избытке йода в организме человека возникает раздражительность, мышечная слабость, потливость, исхудание, склонность к диарее. Повышается основной обмен веществ, проявляется гипертермия и дистрофические изменения кожи и её придатков, ранее поседение и депигментация кожи на ограниченных участках vitiligo, а также атрофия мышц. При недостаточном поступлении йода у взрослых развивается зоб, то есть увеличение щитовидной железы. У детей недостаток йода сопровождается резкими изменениями всей структуры тела. Ребёнок перестаёт расти, умственное развитие задерживается, наблюдается кретинизм.

Общее содержание калия K в организме составляет примерно 250 грамм. Суточная потребность в калии равна 1,5-2 грамма. Калий обладает свойством разрыхлять клеточные оболочки делая их более проницаемыми для проводимости солей. Калий необходим для ясности ума, избавления от шлаков, лечений аллергий. Основными проявлениями недостатка калия являются замедление роста организма и нарушение половых функций. Недостаток калия вызывает мышечные судороги, перебои в работе сердца. При применении внутрь даже больших доз калия, его токсическое действие не проявляется за исключением случаев почечной недостаточности. Лучшими натуральными источниками калия являются цитрусовые, томаты, все зелёные овощи с листьями, листья мяты, семечки подсолнуха, бананы, картофель. Избыток калия приводит к дефициту кальция.

Натрий Na и калий К. Наличие в организме натрия Na и калия К экспериментально установлено в одно и то же историческое время и оба эти элемента важны для нормального роста, состояния и функционирования организма. Эти элементы являются антагонистами, то есть повышение содержания натрия приводит к понижению содержания калия. Норма суточного потребления натрия не существует, однако считается общепринятой потребность организма взрослого человека на уровне 500 миллиграмм хлорида натрия, то есть поварённой соли, в сутки.

Натрий в первую очередь нужен для нормального функционирования нервно-мышечной системы. При дефиците натрия происходит нарушение усвоения углеводов, возможны невралгии и отчасти понижение давления. Повышенное содержание натрия в волосах отражает нарушение водно-солевого обмена, дисфункцию коры надпочечников. Повышенное содержание натрия встречается при избыточном потреблении поварённой соли, сахарном диабете, нарушении выделительной функции почек, склонности к гипертонии и отёкам, неврозах.

Основная биологическая функция соединений Натрия и Калия состоит в поддержке водно-электролитногобаланса. Катионы этих элементов существенно влияют на состояние наводнения клеток и вязкость цитоплазмы. Входя в состав электролитов крови, йоны Натрия обеспечивают постоянную величину асматического давления, а как компоненты буферных систем- поддерживают на определенном уровне pH биологических жидкостей. Йоны Калия принимают участие в передачи нервных импульсов, сокращения мышц, регулирования деятельности сердца.

Люди и, особенно, дети с избытком натрия часто легко возбудимы, впечатлительны, гиперактивны. У них повышена жажда и потливость. Иногда натрий накапливается в волосах при длительном контакте с морской водой и отдельными видами моющих средств. Пониженное содержание натрия в волосах у взрослых свидетельствует о нейроэндокринных нарушениях, хронических заболеваниях почек и кишечника и о последствиях черпно-мозговых травм.

Кальций Са присутствует в организме человека в количестве примерно 1,9 % от общего веса. При этом 99% всего кальция приходится на долю скелета (депо) и только 1 % содержится во всех остальных тканях и жидкостях органов организма. Концентрация йонов кальция в организме контролируестя двумя гормонами: кальцитонином и паратироидным гормоном.

Суточная потребность в кальции для взрослого человека составляет 0,45-1,2 грамма в сутки. Кальций в пище, как растительной, так и животной находится в виде нерастворённых солей. Всасывание таких солей в желудке не происходит. Абсорбция кальциевых соединений осуществляется в верхней части тонких кишок. Главным образом в 12-и перстной кишке. Здесь на всасывание оказывают большое влияние жёлчные кислоты. Физиологическая регуляция уровня кальция в крови осуществляется гормонами паращитовидных желез и витамином D через посредство нервной системы.

Кальций участвует во всех жизненных процессах организма. Нормальная свёртываемость крови происходит только в присутствии солей кальция. Кальций играет важную роль в нервно-мышечной возбудимости тканей. При увеличении в крови концентрации ионов кальция и магния нервно-мышечная возбудимость понижается, а при увеличении концентрации ионов натрия и кальция - повышается. Кальций играет роль для нормальной работы сердца.

При избытке кальция наблюдаются: хронический гипертрофический артрит, кистозная и фиброзная остеодистрофия. Также остеофиброз, мышечная слабость, затруднение координации движений, деформация костей позвоночника и ног. Самопроизвольные переломы костей, переваливающаяся походка, хромота. Тошнота, рвота, боли в брюшной полости. Дизурия, хронический гломерулонефрит, полиурия, частые мочеиспускания, никтурия, анурия.

При избытке кальция, также, наблюдаются сильные сердечные сокращения и остановка сердца в систоле. При недостатке кальция наблюдаются тахикардия, аритмия. Побеление пальцев рук и ног. Боли в мышцах, рвота, запоры, почечная колика, печёночная колика. Повышенная раздражительность, дезориентация, галлюцинации, спутанность сознания, потеря памяти, тупость. Волосы становятся грубыми и выпадают, ногти - становятся ломкими, кожа утолщается и грубеет, зубы приобретают дефекты в дентине, а на эмали зубов появляются ямки и желобки, хрусталик глаза теряет прозрачность. Кроме недостатка кальция, недостаток витамина D, и особенно у детей, ведёт к развитию характерных рахитических проявлений. Избыток кальция, кроме того, приводит к дефициту цинка, но в то же время препятствует накоплению свинца в костной ткани.

Кальций физиологический антагонист магния и калия.

У Кальция есть свои «враги»,которые мешают его усвоению или же «изгоняют» его из организма. К ним относятся:

-стрессы,

-здоупотребление кофе,

-злоупотребление алкоголем,

-прием противосудорожных лекарственных препаратов,

-курение,

-малоподвижный образ жизни,

-беременность, роды и кормление грудью.

Кремний Si, после кислорода, самый распространённый элемент на планете Земля. В виде кремнезема кремний содержится во всех растениях. Растения поглощают его из почвы и из него строят прочную основу для своих клеток растительного происхождения. Твёрдость, эластичность и прочность стеблей растений зависят от количественного содержания в них кремнезема. Кремний в виде кремнезема содержится в организмах морских животных, пресноводных рыб, птиц и млекопитающих. Кремний постоянно содержится в Куринном яйце. Общее количество содержания кремнезема в теле человека – около 0,001% от его веса. Среднее содержание окиси кремния SiO₂ в крови человека составляет от 5,9 до 10,6 миллиграмм в 1 миллилитре.

В организме человека кремний содержится во всех органах и тканях: в лёгких, волосах, гладких мышцах желудка, в надпочечниках, в фибрине, в цельной крови. Кремнезем нужен для обеспечения прочности и эластичности эпителиальных и соединительно-тканных образований. Эластичность кожи, сухожилий, стенок сосудов обуславливается содержащимся в них кремнием. Кремнезем играет существенную роль в сохранении кожей нормального тургора, что связывают обычно со способностью коллоидов, которые содержат кремнезем, к набуханию. Суточная потребность организма человека в кремнеземе не выяснена. Недостаток кремния в организме встречается достаточно редко. Но при его недостатке наблюдается слабая деятельность лейкоцитов при инфекционном процессе, плохое заживление ран, снижение аппетита, кожный зуд, снижение эластичности тканей, снижение тургора кожи, повышение проницаемости сосудов и, как следствие, геморрагические проявления.

Магний Mg Общее содержание магния Mg в организме человека составляет примерно 21 грамм. Главное депо магния находится в костях и мышцах: в костях фосфорнокислого магния содержится 1,5 %; в эмали зубов - 0,75 %, а в эмали кариозных зубов до 0,83-1,88 %. Ежедневная потребность организма человека в магнии составляет 0,25-0,35 грамм. Магний является необходимой составной частью всех клеток и тканей, участвуя вместе с ионами других элементов в сохранении ионного равновесия жидких сред организма. Входит в состав ферментов, связанных с обменом фосфора и углеводов, а также активирует фосфотазу плазмы крови и костей. Участвует в процессе нервно-мышечной возбудимости.

Магний стримулирует активность ферментов, участвует в углеводном обмене, понижает возбуждение ЦНС. Магний образует комплексное соединение с АТФ, активирует процессы синтеза и гидролиза этого биологически важного вещества, а также входит в состав некоторых биокомплексов с нуклеиновыми кислотами.

Магний поступает в организм вместе с пищей, водой и солью. Особенно богата магнием растительная пища - необработанные зерновые, фиги, миндаль, орехи, тёмно-зелёные овощи, бананы. Избыток магния в организме оказывает слабительный эффект и, особенно, сульфат магния. При снижении концентрации магния в крови, наблюдаются симптомы возбуждения нервной системы вплоть до судорог. Уменьшения магния в организме человека ведёт к увеличению кальция. Избыток магния делает возможным дефицит кальция и фосфора.

Марганец Mn входит в состав трех ферментов-аргиназы, пируваткарбоксилазы и супероксиддисмутазы. Аргиназа – фермент печени, который катализирует распад аргинина с оброзованием мочи. Пируваткарбоксилаза – катализирует реакции поэтапного синтеза углеводов из ПВК (пировиноградная кислота). Мангансодержащие ферменты катализируют процессы клеточного дыхания, усиливают обмен углеводов и жиров, содействуют синтезу витамина С и обмену витаминов группы В и Е

Марганец находится во всех органах и тканях. Наиболее богаты марганцем трубчатые кости и печень (депо). На 100 грамм живого вещества в трубчатых костях содержится марганца 0,3 миллиграмма, а в печени - 0,170-0,205 миллиграмма. Для детского организма в сутки необходимо принимать с пищей 0,2-0,3 миллиграмма марганца на 1 килограмм веса, для взрослого - 0,1 миллиграмма. Наряду с печенью важная роль в накоплении марганца принадлежит поджелудочной железе.

Марганец важен для репродуктивных функций инормальной работы центральной нервной системы. Он помогает устранять половое бессилие, улучшить мышечные рефлексы, предотвратить остеопороз, улучшить память и уменьшит нервную раздражительность. Особенно богаты марганцем чай, растительные соки, цельные злаковые, орехи, зелёные овощи с листьями, горох, свекла. Отравление марганцем проявляется в симптомах: сильная утомляемость, слабость, сонливость, тупые головные боли в лобно-височных областях, тянущие боли в пояснице, конечностях. Реже боли ишиалгического характера. Боли в правом подреберье, в подложечной области. Понижение аппетита, медлительность движений, расстройство походки, парестезии. Расстройство мочеиспускания, бессонница, подавленное настроение, слезливость. Сильная скованность движений вплоть до того, что больные утрачивают способность широко шагать.

При недостатке марганца нарушаются процессы окостенения во всём скелете, трубчатые кости утолщаются и укорачиваются, суставы деформируются. Нарушается репродуктивная функция яичников и яичек. Избыток марганца усиливает дефицит магния и меди.

Медь Cu .Общее содержание меди Cu в организме человека достигает значений 100-150 миллиграмм. В печени взрослых людей содержится в среднем 35 миллиграмм меди на 1 килограмм сухого веса. Поэтому печень, а также головной мозг рассматриваются как депо меди в организме. В печени плода ребёнка содержится меди в десятки раз больше, чем в печени взрослого человека. Потребность в меди у взрослого человека составляет 2 миллиграмма в сутки.

Медь входит в состав ряда ферментов оксидаз, которые катализируют протекание в организме отдельных ОВР. В плазме крови содержится фермент аминоксидаза, который ускоряет реакцию окисления первичных аминов. В сыворотке крови обнаружен белок церулоплазмин (с массовой долей Сu до 0,3%), который катализирует процесс окисления биогенных аминов и ионов Fe²⁺ до Fe³⁺.

Медь необходима для процессов образования гемоглобина и в этом смысле не подлежит замене другими элементами. Медь также участвует в процессе роста и деления клетки, а в размножении микрофлоры. Участвует в процессах пигментации,так как входит в состав меланина. При недостатке меди в организме наблюдаются: задержка роста, анемия, дерматозы, депигментация волос, частичное облысение, потеря аппетита, сильное исхудание, понижение уровня гемоглобина, атрофия сердечной мышцы. Избыток меди приводит к дефициту цинка и молибдена, а также марганца, являестя причиной токсикоза, наблюдается перерождение клеток печени, возникает гепатоцеребральная дистрофия.

Молибден Мо способствует метаболизму углеводов и жиров, является важной частью фермента, который несёт ответственность за утилизацию железа. В связи с этим молибден помогает предупредить анемию.

Основная биологическая функция молибдена – связывание неорганического азота. Молибден входит в состав ферментов ксантиноксидазы, ксантиндегидрогеназы, пурингидроксилазы, которые принимают участие в метаболизме пуринов.

Суточная норма приёма с пищей пока не установлена, но всё же предполагается на уровне 75-250 микрограмма. Содержится он в тёмно-зелёных листовых овощах, неочищенном зерне и в бобовых. Проявления недостаточности изучено плохо. Повышенное содержание в организме встречается очень редко. Избыток молибдена уменьшает концентрацию меди. Антагонизм этих микроэлементов используют в терапевтической практике.

Селен Se в чистом виде встречается в природе редко и, главным образом, в виде примесей к сернистым металлам. Роль селена в организме человека мало изучена, но, тем не менее, считается, что его присутствие в организме оказывает антиоксидантное действие, замедляя старение. Кроме того, селен помогает поддерживать юношескую эластичность в тканях, способствует устранению и появлению перхоти. Суточные нормы селена составляют: 50 микрограмм - для женщин и 70 микрограмм - для мужчин, 65 микрограмм - для беременных и 75 микрограмм - для кормящих грудью. Селен хорошо сочетается с витамином Е. Он (селен) содержится в морепродуктах, пшеничных зародышах, отрубях, луке, помидорах, капусте брокколи и продуктах питания животного происхождения, а именно в почках и печени. В больших количествах соединения селена приводят к двум формам поражения - к гепато-холециистопатии, то есть увеличение печени до 3-сантиметров и проявлении боли в правом подреберье, и к изменениям, которые проявляются в нервно-мышечном аппарате, то есть проявление боли в конечностях, судороги, чувство онемения. При дефиците селена в организме человека усиленно накапливается мышьяк и кадмий, которые, в свою очередь, усугубляют дефицит селена. Селен защищает организм от тяжёлых металлов, но избыток селена приводит к дефициту кальция.

Сера S в организм человека поступает с пищей в виде органических белковых соединений - аминокислот, глютадиона, сульфатидов или витамина В1. Суточная потребность не установлена, но при употреблении достаточного количества белка дефицита серы в организме не будет. Сера, подобно азоту, входит в состав белков. В силу такого обстоятельства, белковый обмен в организме является одновременно азотистым и серным. В белках сера содержится в аминокислотах: цистеине, цистине, метионине. Особенно богаты серой поверхностные слои кожи. В таком случае сера содержится в кератине, а волосы содержат до 5-10 % кератина, и меланине, то есть пигменте, который предохраняет от загара глубокие слои кожи от вредного действия ультрафиолетового облучения.

Элементарная сера не обладает выраженным токсическим действием, но все её соединения токсичны. Например, при высокой концентрации сероводорода в атмосферном воздухе отравление развивается мгновенно. Судороги и потеря сознания сопровождаются быстрой смертью и остановкой дыхания. При недостатке серы наблюдаются тахикардия, повышение артериального давления, нарушения функций кожи, выпадение волос, запоры, а в тяжёлых случаях – жировая дистрофия печени, кровоизлияния в почки, нарушения углеводного обмена и белкового обмена, перевозбуждение нервной системы, раздражительность и другие невротические реакции.

Фосфор Р в виде своих соединений играет важнейшую роль во всех процессах организма. Фосфорная кислота участвует в построении многочисленных ферментов - фосфотаз, которые являются главными двигателями химических реакций в клетках. Из фосфорнокислых солей состоит ткань нашего скелета. Главным депо органических фосфорных соединений являются мышечная и костная ткани. Суточная потребность в фосфоре для взрослого человека составляет 0,8-1,2 грамма. Избыток фосфора производит острое отравление, сопровождающееся сильными болями в желудочно-кишечном тракте, рвотой. Иногда в пределах нескольких часов наступает смерть организма. Хроническое отравление выражается расстройством обмена веществ во всём организме вообще или в костной ткани в частности. При недостатке фосфора отмечены рахиты и пародонтоз. При избыточном поступлении фосфора снижается уровень марганца, а также повышается уровень выведения кальция, что создаёт предпосылки для остеопороза.

Хром Cr является постоянной составной частью всех органов и тканей человека. Наибольшее количество обнаружено в костях, волосах и ногтях (депо). Из этого следует, что недостаток хрома сказывается в первую очередь на состоянии тканей этих органов. В больших количествах хром содержится в яйцах, телячьей печени, пшеничных зародышах, пивных дрожжах, кукурузном масле, моллюсках. Суточная норма потребления хрома не установлена, но предполагается, что она колеблется в пределах 50-200 микрограмм. Хром оказывает действие на процессы кроветворения, на работу инсулина, ускоряя его, на углеводный обмен, обмен липидов и нуклеиновых кислот. Активизирует действие ферментов трипсина и трансферина, замедляет процессстарения. При хроническом отравлении хромом наблюдаются головные боли, исхудание, воспалительные изменения слизистой желудка и кишечника. Хромовые соединения вызывают различные кожные заболевания, дерматиты и экземы, протекающие остро и хронически, а также носят пузырьковый, папулёзный, гнойничковый или узелковый характер.

Цинк Zn Отложение цинка Zn в печени доходит до 500 – 600 миллиграмм на 1 килограмм веса человека. Кроме того, цинк отлагается в мышцах и костной системе. Суточная потребность человека в цинке составляет 12-16 миллиграмма для взрослых и 4-6 миллиграмма для детей. Наиболее богаты цинком дрожжи, пшеничные, рисовые и ржаные отруби, зёрна злаков и бобовых, какао, морепродукты. Наибольшее количество цинка содержат грибы. В грибах содержится 130-202,3 миллиграмма цинка на 1 килограмм сухого вещества. В луке - 100 миллиграмм, в картофеле – 11,3 миллиграмм. А в коровьем молоке - примерно 3 миллиграмма на 1 литр.

Известно более 200 разных ферментов, которые содержат цинк и принимают участие в метаболических процессах - синтез и разложение углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот. Ферменты, кторые содержат цинк, представлены в классах гидролаз, лиаз и трансфераз. Одним из класса транфераз есть фермент – карбоксипептидаза – гидролитический энзим, который катализирует реакцию размножения белков до аминокислот.

Фермент карбоангидраза, физиологическая роль которого связана с процессом дыхания, поскольку этот фермент катализирует реакцию гидратации углекислого газа как продукта метеболизма.

Цинк оказывает влияние на активность половых и гонадотропных гормонов гипофиза. Цинк также увеличивает активность ферментов, кишечной и костной фосфотаз, которые катализируют гидролиз. Тесная связь цинка с гормонами и ферментами объясняет его влияние на углеводный, жировой и белковый обмен, на окислительно-восстановительные процессы, на синтетическую способность печени. Считается, что цинк обладает липотропным эффектом, то есть способствует повышению интенсивности распада жиров, что проявляется уменьшением содержания жира в печени.

При цинковом отравлении наступает фиброзное перерождение поджелудочной железы. Избыток цинка задерживает рост и нарушает минерализацию костной ткани. При дефиците цинка наблюдается задержка роста, перевозбуждение нервной системы и быстрое утомление. Поражение кожи происходит с утолщением эпидермиса, отёком кожи, слизистых оболочек рта и пищевода, ослаблением и выпадением волос. Недостаточность цинка приводит также к бесплодию. Дефицит цинка усиливает накопление железа, меди, кадмия, свинца, а избыток – к дефициту железа, меди и кадмия.

ФТОР F Фтор и жизнь. Казалось бы, такое словосочетание не совсем правомерно и противоречит здравому смыслу. «Характер» у фтора весьма агрессивный: история его открытия напоминает детективный роман, где что не страница, то отравление или убийство. Сам фтор и его соединения неоднократно применялись для изготовления оружия массового уничтожения.

Работа с фтором опасна: малейшая неосторожность - и у человека разрушаются зубы, обезображиваются ногти, повышается хрупкость костей, кровеносные сосуды теряют эластичность и становятся ломкими.

И все-таки заголовок «Фтор и жизнь» оправдан. Впервые это доказал ... слон. Обычный ископаемый слон, найденный в окрестностях Рима. В его зубах случайно был обнаружен фтор. Это открытие побудило ученых провести систематическое изучение химического состава зубов человека и животных. Оказалось, что в состав зубов входит до 0,02% фтора, который поступает в организм человека с питьевой водой. Обычно в тонне питьевой воды содержится 0,2 мг фтора. Обогащение фтором питьевой воды происходит в результате выветривания пород, содержащих фтор, а также за счет метеорных вод, вулканических и промышленных выбросов, а также обогащение может происходить из-за внесения в почву большого количества фторсодержащих удобрений и за счет выбросов промышленными предприятиями больших количеств фторсодержащих газообразных выбросов. В результате накопления фтора в почве повышается его содержание в питьевой воде и в растениях, что неблагоприятно сказывается на здоровье населения.

В суточном рационе содержится до 1,6 мг фтора. В ряде случаев широкое использование в питании продуктов моря, содержащих фтор, может резко повысить количество этого микроэлемента в организме. Как правило, с пищевыми продуктами в организм человека поступает в 4-6 раз меньше фтора, чем с питьевой водой (1мг/л).

При систематическом использовании воды, содержащей избыточные количества фтора, у населения развивается эндемический флюороз. Отмечается характерное поражение зубов (крапчатость эмали), нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Флюороз зубов проявляется в виде непрозрачных опалесцирующих меловидных полосок или пятнышек, которые со временем увеличиваются, появляется пигментация эмали темно-желтого или коричневого цвета, наступают ее необратимые изменения. В тяжелых случаях отмечаются генерализованный остеосклероз или диффузный остеопороз костного аппарата. Избыточные количества фтора снижают обмен фосфора и кальция в костной ткани, нарушают углеводный, белковый и другие обменные процессы, угнетают тканевое дыхание и пр. Фтор является нейротропным ядом (происходит снижение подвижности нервных процессов).

Если избыток фтора вызывает эндемический флюороз, то дефицит этого микроэлемента (меньше 0,5 мг/л) в сочетании с другими факторами (нерациональное питание, неблагоприятные условия труда и быта) вызывает кариес зубов.

Клиническими и экспериментальными исследованиями было показано, что оптимальные количества данного элемента в рационе человека обладают как раз противокариозным действием. Механизм противокариозного действия фтора состоит в том, что при взаимодействии его с минеральными компонентами костной ткани и зубов образуются трудно растворимые соединения. Фтор также способствует осаждению из слюны фосфата кальция, что обусловливает процессы реминерализации при начинающимся кариозном процессе. В механизме противокариозного действия фтора определенную роль играет и то, что он воздействует на ферментативные системы зубных бляшек и бактерий слюны. Эта биологическая особенность фтора послужила основой для разработки эффективного метода профилактики кариеса зубов - фторирования питьевой воды. При длительном употреблении фторированной воды снижается не только пораженность кариесом зубов, но и уровень заболеваний, связанных с последствиями одонтогенных инфекций (ревматизм, сердечно-сосудистая патология, заболевания почек и др.)

ПДК фтора в питьевой воде, лимитируемые по санитарно-токсикологическому признаку вредности не должны превышать 0,7 - 1,5 мг/л.

КОБАЛЬТ Co незаменимый микроэлемент, фходит в состав эритроцитов и металлопротеинов, принимает участие в синтезе гармонов щитовидной железы – тироксина и трийодтиронина, активизирует также ферменты как карбоангидраза и карбоксипептидаза, витамина РР (ниацина).

Кобальт занимает особое место среди микроэлементов в том отношении, что он физиологически активен в организме человека только в определенной форме - цианокобаламина, или витамина В12. Таким образом, проблема кобальта в питании человека - это, прежде всего, вопрос источников и снабжения витамином В12 и всасывания этого витамина, а не самого кобальта. Любой обычный рацион содержит гораздо больше кобальта, чем доля этого элемента в виде витамина В12, и никакого обязательного соответствия между содержанием в рационе кобальта и витамина В12 не существует. Суточная потребность в этом витамине 0,3 -2,5 мкг (данная цифра дана с учетом физиологических потребностей человека и варьирует в достаточно больших пределах). Как мы видим, молоко и мясо являются богатыми источниками витамина В12.

Избыточные количества кобальта у человека могут вызвать отравление. Токсические дозы в пище составляют 200-350 мк/кг. В необычных, с точки зрения пищевого рациона условиях, токсичными для человека могут быть дозы, значительно ниже 25 - 30 мг в сутки, что соответствует его концентрации в пище 200 - 300 мг/кг.

Так, кобальт участвовал в качестве усугубляющего фактора при некоторых приступах острой сердечной недостаточности у лиц, потреблявших пиво в больших количествах - до 12 л в день. Такое подозрение возникло потому, что в этих закончившихся летально случаях отмечалась высокая частота полицитемии, гиперплазии щитовидной железы и истощения запасов коллоидных веществ, что сопутствовало состоянию сердечной недостаточности с застойными явлениями. Кобальт добавлялся к пиву в концентрации 1,2 - 1,5 мг/л для улучшения пенообразующих свойств; этот метод в настоящее время больше не применяется.

При такой концентрации лица, потреблявшие большое количество пива, получали 6 - 8 мг сульфата кобальта. Это много меньше того количества кобальта, которое может быть принято без болезненных последствий нормальными индивидуумами с обычным рационом. Вероятно, высокое потребление кобальта в сочетании с недостаточно разнообразной диетой обуславливают проявление такой кардиомиопатии.

ВАНАДИЙ V Выделен белковый комплекс (металлопротеин) – гемованадин, который выполняет функцию связывания кислорода, положительно влияет на обмен глюкозв и холестерина. Увеличивает активность пероксидазы, каталазы, корбоангидразы. Ванадий тормозит синтез холестерина, угнетает рост микобактерий туберкулеза, ингибирует действие ферментов группы АТФаз, усиливыет действие Ферума при анимии.

Известно, что токсичные дозы ингибируют многие ферментные системы, и что низкие концентрации оказывают стимулирующие действие на многие ферменты и микроорганизмы in vitro. Передозировка для человека ограничивается случаями воздействия ванадия, содержащегося в воздухе, в некоторых отраслях промышленности; о потреблении избыточных доз элемента с пищей зарегистрировано не было. Гигиенический норматив ванадия в воде, установленный по санитарно-токсикологическому признаку вредности, составляет 0,1 мг/л. Источниками ванадия, по мнению исследователей, является горох, содержащий порядка 186-460 мкг/кг, также ванадий найден в достаточном количестве в молоке. Микроэлемент очень широко распространен в природе и содержится во многих продуктах питания, но, к сожалению, в недостаточных количествах.

НИКЕЛЬ Ni входит в состав фермента – уреазы, который катализирует реакцию разложения мочевины на аммиак и углекислый газ. Никель является активатором таких ферментов как ангидраза, карбоксилаза, трипсин. Он ускоряет регенерацию белков, улучшает процесс пигментации кожи, влияет на обмен углеводов и морфологию крови.

Различие между токсической и необходимой дозой никеля очень велико. Насколько известно, не имеется сообщений об интоксикации человека никелем в результате его поступления с пищей. Большие количества никеля у животных приводят к задержке роста и нарушению выведения азота из организма.

КАДМИЙ Cd Не имеется доказательств того, что кадмий необходимый элемент в питании человека. С другой стороны, вызывают беспокойство последствия аккумуляции в организме кадмия.

Общее содержание кадмия в организме связано с его поступлением из пищи, воды, и других источников. В результате всасывания из пищи кадмий накапливается преимущественно в почках и печени. Время полужизни микроэлемента составляет по исследованиям ВОЗ 16-33 года. Поражение почек возникает в том случае, если содержание кадмия в коре составляет 200 мг на кг сырой массы.

Источниками кадмия в окружающей среде могут являться различные удобрения, металлические покрытия, высокое содержание кадмия в воде (более 1 мкг/л).

Взаимосвязь между кадмием и цинком в питании зависит от их относительной концентрации в продуктах питания и от их доступности в этих компонентах для всасывания. Поскольку цинк и кадмий могут конкурировать между собой за некоторые внутриклеточные лиганды и проявляют тенденцию к совместному перемещению в природе, кажется вероятным, что в организме человека между этими элементами имеется важная с метаболической точки зрения взаимосвязь.

В организме кадмий преимущественно связан с металлопротеином, белком низкой молекулярной массы. Этот белок участвует как в транспорте кадмия, так и преимущественном его хранении. Большие эти количества этого белка найдены в печени животных, подвергавшихся воздействию больших доз кадмия. Как было показано в исследованиях, цинк препятствует некоторым неблагоприятным эффектам, вызванным кадмием.

У некоторых животных кадмий может вызывать гипертонию, известно также, что кадмий увеличивает обратную реабсорбцию натрия почечными канальцами, и повышает содержание ренина в плазме крови. Также кадмий может препятствовать всасыванию меди из кишечника. Скармливание кадмия приводит к дегенеративным изменениям эластина аорты.

ЗОЛОТО Au Усиливает бактерицидное действие серебра. Металлическое золото нетоксично, в отличие от органических производных, используемых как лекарственные препараты. Возможно участие золота в нормализации иммунных процессов в организме.

СЕРЕБРО Ag Серебро обладает выраженным бактерицидным, антисептическим, противовоспалительным, вяжущим действием. Серебро - естественный бактерицидный металл, эффективный против 650 видов бактерий, которые не приобретают к нему устойчивости, в отличие от практически всех антибиотиков.

Серебро действует антибиотически против многих простейших и даже вирусов. Предполагают, что серебро подавляет ферменты, контролирующие энергетический обмен инфектантов.

ФОСФОР P Значение фосфора и его роль в обменных процессах организма определяется соединениями, в состав которых он входит.

Неорганический фосфор выполняет структурные функции: входит в состав костной ткани и фосфолипидов мембранных структур клетки; является компонентом буферной системы крови, других биологических жидкостей, обеспечивает поддержание кислотно-щелочного равновесия.

Органические соединения фосфора входят в состав нуклеиновых кислот и принимают участие в процессах роста, деления клеток, хранения и использования генетической информации; являются центральным звеном энергетического обмена (в результате эстерификации неорганического фосфата и его связывания в виде богатой энергией пирофосфатной связи АТФ)..

Участвуют в ферментативных процессах, обеспечивая проявление биохимических функций ряда витаминов, регуляцию обменных процессов (через цАМФ), проведение нервного импульса и мышечного сокращения.