37. Какие функции выполняют минеральные вещества в организме человека? Методы определения минеральных веществ.

Роль минеральных веществ в организме человека многообразна. Прежде всего они принимают участие в построении всех тканей организма, особенно костей и зубов, в регуляции кислотно-основного состава организма. В крови и межклеточных жидкостях, например, с помощью микроэлементов поддерживается слабощелочная реакция, изменение которой отражается на химических процессах в клетках и на состоянии всего организма. Разные минеральные вещества пищи по-разному влияют на организм. Такие элементы, как кальций, магний, натрий, калий, оказывают преимущественно щелочное действие, а такие, как фосфор, сера, хлор, - кислотное. Поэтому в зависимости от минерального состава потребляемых человеком продуктов возникают сдвиги щелочные или кислотные. При преимущественном потреблении, например, мяса, рыбы, яиц, хлеба, круп могут иметь место кислотные сдвиги, а таких продуктов, как молочные, овощи, фрукты, ягоды, - щелочные сдвиги. Кстати, при потреблении пищи с преобладанием кислых валентностей в организме происходит усиленный распад белка, что ведёт к увеличению его потребления. В то же время пища с преобладанием щелочной валентности позволяет устранить нерациональное использование белка.

Минеральные вещества относятся к необходимым компонентам питания человека, так как обеспечивают развитие и нормальное функционирование организма. Они являются обязательной составной частью всех жидкостей и тканей человеческого тела и принимают самое активное участие в пластических процессах. Наибольшая часть минеральных элементов сосредоточена в твёрдых опорных тканях организма - в костях, зубах, меньшая - в мягких тканях, крови и лимфе. Если в твёрдых тканях преобладают соединения кальция и магния, то в мягких - калия и натрия. Анализ химического состава живых организмов показывает, что содержание в них основных элементов - кислорода, углерода и водорода - всегда характеризуется близкими значениями. Что же касается концентрации других элементов, то она может быть очень различной. Минеральные вещества принимают участие во всех видах обмена веществ: белковом, углеводном, жировом, витаминном, водном. Прежде всего они обеспечивают необходимое коллоидное состояние белков, а также такие их важные свойства, как дисперсность, гидрофильность, растворимость, - от этих свойств белка зависит возможность его участия во многих биохимических процессах.

Минеральные вещества в зависимости от их содержания в организме и пищевых продуктах делят на макро- и микроэлементы.

Таблица 1. Суточное поступление химических элементов в организм человека (в мг)

Элемент	Взрослые	Дети	Элемент	Взрослые	Дети
К	2000–5500		Cr	0,05–0,2	0,04
Na	1 100–3300		Со	около 0,2 (витамин B12)	0,001
Ca	800–1200		Mg	300–400
Cl			Zn
PO43–	800–1200		Fe	10–15
SO42–		–	Mn	2,0–5,0	1,3
I	0,15	0,07	Cu	1,5–3,0
Se	0,05–0,07	–	Mo	0,075–0,250	0,06
F	1,5–4,0	0,6

Макроэлементы.

Кальцийсоставляет 1,5-2 процента общей массы тела человека, 99 процентов этого количества находится в костях и зубах, а остальное содержится в плазме клеток, крови и других жидкостях организма. Он входит необходимой составной частью в ядро и мембрану клеток, клеточных и тканевых жидкостей.

Фосфор- баланс его в организме человека зависит от многих причин: от его содержания в пище, от потребности в нем организма, от соотношения в рационе человека белков, жиров, углеводов, кальция, кислых или щелочных свойств пищи. Участие фосфора в обменных процессах тесно связано с наличием кальция. Однако фосфор имеет в организме свои специфические функции: 80 процентов его расходуется на минерализацию костей, а 20 - на обеспечение обменных реакций. При недостатке фосфора могут возникнуть заболевания костей.

Магний активизирует ферменты углеводного и энергетического обмена, участвует в образовании костей, нормализует возбудимость нервной системы и деятельность мышц сердца. Он оказывает антиспастическое и сосудорасширяющее действие, стимулирует двигательную функцию кишечника и желчеотделение, способствует выведению из кишечника холестерина.

Калий содержится в организме в небольших количествах (около 30 граммов). Почти весь калий находится в межклеточной жидкости, а также в мышечной ткани, в том числе и в сердечной мышце. Наряду с натрием, калий участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Он оказывает влияние на работу мышц. Низкая концентрация калия в крови может вызвать повышенную мышечную возбудимость, а со стороны сердечной мышцы - тахикардию (усиленное сердцебиение). Богаты калием печень и селезёнка. В мышцах содержится до 500 мг% калия.

Натрий играет большую роль в важнейших жизненных отправлениях организма: он необходим для сокращения скелетных мышц и нормальной пульсации сердца; для поддержания кислотно-щелочного равновесия. Хлористый натрий способствует удержанию воды тканями.

Хлор его роль хлора в организме многообразна. Он участвует (косвенно) в регуляции водного обмена, кислотно-щелочного равновесия путём распределения его между кровью и другими тканями. В регуляции обмена самого хлора в организме участвуют железы внутренней секреции, в частности гипофиз, точнее, его задняя доля. При ее удалении или заболевании наблюдается перераспределение хлора между кровью и другими тканями и потеря почками способности концентрировать хлор при выделении его с мочой.

Сера- постоянная составная часть организма человека. Большая часть ее в виде органических соединений входит в состав аминокислот. Много ее в волосах, эпидермисе кожи и других клетках организма. Содержится она также в составе сульфатидов в нервной ткани, хрящах и костях, в желчи.

Микроэлементы.

Железо необходимо для нормального кроветворения и тканевого дыхания. Лучше всего всасывается железо гемоглобина и миоглобина, то есть крови и мышц, поэтому мясо животных и птиц, мясные субпродукты являются наилучшими источниками железа. Из этих продуктов в кишечнике всасывается до 30 процентов содержащегося там железа, в то время как, например, из яиц, хлеба, крупяных и бобовых - не более 5-10 процентов. Лучшему усвоению железа способствуют лимонная и аскорбиновая кислоты и фруктоза.

Марганецв организме человека выполняет многочисленные и сложные функции. Он принимает участие в регуляции роста и развития организма, работы желез внутренней секреции, обменных процессах, процессах окисления, ферментативной активности. Ткани под воздействием марганца очень энергично обогащаются кислородом, что способствует повышению активности биохимических реакций и устойчивости к воздействию вредных факторов окружающей среды. Под влиянием марганца повышается интенсивность обмена белков. Он участвует в обмене жиров, стимулирует минеральный обмен.

Кобальт его биологическая роль в организме пока ещё до конца не изучена. Однако и то, что стало известно учёным, свидетельствует о его важной роли в процессах жизнедеятельности. Он оказывает существенное влияние на процессы обмена веществ, рост и развитие организма. Кобальт повышает основной обмен, улучшает ассимиляцию азота, стимулирует образование мышечных белков, оказывает влияние на содержание углеводов в крови: малые дозы кобальта уменьшают количество сахара в крови, а большие - увеличивают. Но на этом роль микроэлемента в кроветворении не ограничивается. Он активно участвует в образовании эритроцитов и синтезе гемоглобина. Особенно важен он для детского организма: кобальт способствует быстрому развитию ребёнка, повышает его реактивные силы, в частности сопротивление вредным факторам внешней среды. Оказывает влияние кобальт и на нервную ткань: он способен возбуждать и тормозить нервные процессы.

Йод входит в состав молекулы тироксина - гормона щитовидной железы и принимает активное участие в обмене веществ в организме. Недостаток тироксина ведёт к развитию зобной болезни, а в детстве - к задержке роста, физического и психического развития. Но биологическая роль йода в организме человека не ограничивается гормональной функцией. Йод обладает резко выраженным антисептическим эффектом с широким спектром действия: антибактериальным, противовирусным, фунгицидным.

Медь.Медные соединения играют важную активирующую роль в кроветворении: они стимулируют деятельность костного мозга, вызывая повышение числа эритроцитов в крови. Медь положительно влияет на интенсивность окислительных процессов, оказывает определённое воздействие на обмен веществ. Увеличение содержания соединений меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, к использованию накопленного в печени железа на синтез гемоглобина.

Цинк.Физиологическая роль его определяется связью с активностью некоторых ферментов и гормонов. Цинк участвует в дыхании, в нуклеиновом обмене, повышает деятельность половых желез, влияет на формирование скелета плода. Из слюны околоушной железы человека выделен цинкосодержащий белок, предполагается, что он стимулирует регенерацию клеток вкусовых луковиц языка и поддерживает их вкусовую функцию. Он играет защитную роль в организме при загрязнении среды кадмием.

Селен в организме содержится в ничтожно малых концентрациях. Его роль изучена пока недостаточно. Установлено, что он накапливается в печени, почках, селезёнке, сердце. Образует соединения с белками крови (альбуминами, глобулинами, гемоглобином), молока (казеином, альбумином, глобулином) и белками различных органов, то есть участвует в белковом обмене.

Никель- постоянная составная часть человеческого организма. Его физиологическая роль также мало изучена. Доказано, что никель активизирует фермент аргиназу и оказывает влияние на окислительные процессы. Он входит в состав гормона инсулина. Его содержание в организме ничтожно малое.

Стронций - необходимая часть организма человека, биологическая роль которой полностью не выяснена. Накопление его организмом находится в зависимости от его содержания в окружающей среде. Человек получает стронций с пищей. Отложения его в организме зависят от соотношения в пище кальция, фосфора и стронция; при увеличении в рационе кальция откладывается меньше стронция, а при увеличении фосфора - больше.

Хром -входит в состав различных органов и тканей. Больше всего его в волосах и ногтях, меньше всего - в гипофизе, надпочечниках, поджелудочной железе, лёгких, скелетных мышцах и тонких кишках. Всасывается из кишечника. Хром активирует фермент трипсин, входит в состав его.

Для анализа минеральных веществ в основном используются физико–химические методы – оптические и электрохимические. Практически все эти методы требуют особой подготовки проб для анализа, которая заключается в предварительной минерализации объекта исследования. Минерализацию можно проводить двумя способами: "сухим" и "мокрым". "Сухая" минерализация предполагает проведение при определенных условиях обугливания, сжигания и прокаливания исследуемого образца. "Мокрая" минерализация предусматривает еще и обработку объекта исследования концентрированными кислотами (чаще всего HNO₃и H₂SO₄).

Фотометрический анализ(молекулярная абсорбционная спектроскопия). Он используется для определения меди, железа, хрома, марганца, никеля и других элементов. Метод абсорбционной спектроскопии основан на поглощении молекулами вещества излучений в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях электромагнитного спектра. Анализ можно проводить спектрофотометрическим или фотоэлектроколориметрическим методами.

Фотоэлектроколориметрия– анализ, основанный на измерении поглощения окрашенными растворами монохроматического излучения видимой области спектра. Измерения проводят с помощью фотоэлектроколориметров, снабженных узкополосыми светофильтрами. Если исследуемое вещество не окрашено, его необходимо перевести в окрашенное соединение, проведя химическую реакцию с определенными реагентами (фотометрическую аналитическую реакцию).

Спектрофотометрия– метод анализа, основанный на измерении поглощения монохроматического излучения в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Такие измерения проводят с помощью спектрофотометров, где в качестве монохроматизаторов используются диспергирующие призмы и дифракционные решетки.

Эмиссионный спектральный анализ.Методы эмиссионного спектрального анализа основаны на измерении длины волны, интенсивности и других характеристик света, излучаемого атомами и ионами вещества в газообразном состоянии. Эмиссионный спектральный анализ позволяет определить элементарный состав неорганических и органических веществ.

Атомно–абсорбционная спектроскопия. Метод основан на способности свободных атомов элементов в газах пламени поглощать световую энергию при характерных для каждого элемента длинах волн. В атомно–абсорбционной спетроскопии практически полностью исключена возможность наложения спектральных линий различных элементов, т. к. их число в спектре значительно меньше, чем в эмиссионной спектроскопии.