Биологическая значимость микроэлементов в организме человека

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 57.014                                        

Микроэлементы обнаруживаются в организме в концентрациях 10^-3-10^-5%. Если концентрация элемента ниже 10 - 5%, то его считают ультрамикроэлементом. Неорганические вещества в живом организме встречаются в различных формах. Большинство ионов металлов образуют связи с биологическими объектами. Сегодня уже установлено, что многие ферменты (биологические катализаторы) содержат ионы металлов. Например, марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо — в 70, медь — в 30, а цинк —в более чем 100. К основным микроэлементам, необходимым организму, относятся йод, магний, железо, цинк, кальций, калий, фосфор, селен и фтор. Биогенные элементы — это химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые для их жизнедеятельности. Важнейшими биогенными элементами являются: кислород, углерод, водород, азот, а также кальций, калий, кремний, магний, фосфор, сера, натрий, хлор, железо. Их среднее содержание составляет более 0,01% биомассы. Эти питательные вещества составляют группу макроэлементов [1].

Классификация химических элементов. На основе современной квантовомеханической интерпретации ПС классификация химических элементов производится в соответствии с их электронной конфигурацией. В его основе лежит природа заполнения атомных орбиталей электронами. В соответствии с этим принципом все элементы делятся на s-, p-, d- и f-блоки или семейства [2].

В число макроэлементов входят 4 элемента: водород (6 кг), азот (1,8 кг), кальций (1 кг) и фосфор (0,78 кг), а в число микроэлементов — 3 элемента: рубидий (0,68 г), стронций. (0,32 г) и бром (0,17 г). Тогда к какому классу следует отнести 10 элементов от калия (140 г) до циркония (1,7 г), к которым относятся такие элементы, как: натрий (100 г), магний (19 г), железо (4,2 г) и т. д. В соответствии с этими критериями к ультрамикроэлементам будут относиться такие распространенные в организме человека элементы, как свинец (120 мг), медь (72 мг), алюминий (61 мг) [3].

Следует подчеркнуть, что содержание одних и тех же элементов в организме разных людей является величиной переменной и может существенно различаться. Например, содержание магния может колебаться от 21 до 28 г, цинка — от 1,4 до 2,4 г (разница — 1,7), ванадия — от 10 до 25 мг (разница —2,5) [4].

Йод необходим для выработки гормонов щитовидной железы. Недостаток йода в организме приводит к нарушению работы нервной, сердечно-сосудистой систем и желудочно-кишечного тракта. У детей наблюдается снижение умственного, физического и сексуального развития, интеллектуальных способностей и памяти. Норма йода составляет 150-300 мкг в сутки.

Магний помогает организму преодолеть переутомление, перевозбуждение, вызванное чрезмерным употреблением кофе, алкоголя, никотина, а также быстро восстановить силы после сильных психических нагрузок, нервных срывов и тяжелых психических переживаний. Рекомендуется беременным женщинам и тем, кто сидит на «жесткой» диете, принимает снотворные и противозачаточные средства. Уровень потребления для взрослого человека составляет 400-800 мг в сутки. Верхний переносимый уровень потребления составляет 45 мг в сутки. Источники: субпродукты, мясо, грибы, гречка, какао, черника, орехи. Этот микроэлемент играет важную роль в развитии иммунологических реакций, особенно клеточного иммунитета. Цинк принимает участие в функционировании гормонов гипофиза, надпочечников и поджелудочной железы. Он незаменим для нормального развития и функционирования органов чувств: вкуса, зрения, обоняния. Суточная потребность составляет 10-20 мг.

Кальций заботится о формировании и укреплении костной ткани. Необходим для роста зубов. Способствует восстановлению всех клеток, так как является неотъемлемой частью не только их ядра, но и клеточной и тканевой жидкости. «Питая» нервную систему, она не дает нервам «расшататься». Обеспечивает нормальное функционирование желез внутренней секреции. Для взрослого уровень потребления кальция составляет 1000-2500 мг в сутки. Норма увеличивается при занятиях спортом, при длительном приеме гормональных препаратов, при заболеваниях крови, кишечника и почек.

Калий помогает сердцу биться спокойно, ритмично и равномерно, регулирует водносолевой обмен в организме, участвует в проведении нервных импульсов к мышцам, нормализует углеводный и жировой обмен. Суточная доза — 2,5 г для взрослых, для детей — 10-15 г. Источники: курага и другие сухофрукты, картофель, морские водоросли, бананы, апельсины.

Фосфор, вместе с другими минералами он строит костную систему и благотворно влияет на функции нервной системы и тканей головного мозга. Обеспечивает нормальное функционирование печени и почек. Уровень потребления 700-1600 мг в день.

Селен участвует в защите иммунной системы от разрушительного воздействия бактерий, вирусов и других негативных факторов. Его даже считают противораковым средством из-за его способности действовать против свободных радикалов. Благодаря ему клетки живут дольше, именно поэтому селен считается «элементом долголетия». Норма потребления — 60-150 мкг в день. Его содержание в почве, воде и воздухе Республики Беларусь составляет 10-12% нормы. Источники: чеснок, овсянка и гречка, пивные дрожжи, морские водоросли. В рафинированных и приготовленных продуктах содержание селена снижается на 50%.

Медь содержится в организме в количестве 70–120 мг. Примерно по 30% приходится на печень и мозг, а остальная часть распределяется в мышцах, костях, крови и почках. Медь — жизненно важный элемент, входящий в состав многих ферментов и дыхательных пигментов. Она играет значительную роль в осуществлении важнейших физиологических процессов. Дефицит меди может быть причиной частых переломов, так как она является важным компонентом белкового каркаса костей.

Дефицит меди грозит любителям обработанных и чрезмерно рафинированных продуктов, а также сторонникам молочной диеты. Дефицит меди грозит любителям обработанных и чрезмерно рафинированных продуктов, а также сторонникам молочной диеты. Дефицит меди характеризуется быстрой утомляемостью, постоянными и беспричинными головными болями, болями, плохим настроением, раздражительностью. Недостаток меди может привести к подагре, а избыток – к болезни Вильсона-Коновалова.

Кобальт содержится в организме взрослого человека в количестве 1–2 мг. Наибольшая концентрация кобальта наблюдается в печени (0,076–0,201 мг/кг), за ней следуют почки, поджелудочная железа и селезенка. Кобальт влияет на кроветворные процессы, участвует в обмене веществ, стимулирует образование гемоглобина и эритроцитов, участвует в биосинтезе витамина В12. Дефицит витамина B12 приводит к пернициозной анемии.

Марганец содержится в костях, печени, почках и сердце; его содержание колеблется от 12 до 20 мг. Принимает участие в выработке и обмене нейротрансмиттеров в ЦНС, усиливает действие инсулина, поддерживает стабильность структуры клеточных мембран, принимает участие в синтезе гормона щитовидной железы – тироксина, способствует нормализации энергетического баланса, улучшает функционирования иммунной системы и необходим для синтеза интерферона [5].

Молибден — биогенный микроэлемент, содержание которого в организме человека составляет около 9 мг. Основная его часть сосредоточена в костной ткани, печени, почках, головном мозге, поджелудочной и щитовидной железах и надпочечниках. Молибден выполняет в организме следующие функции: способствует обмену белков, жиров и углеводов, активирует ряд ферментов, необходимых для развития и роста организма, укрепляет зубные ткани, защищая зубы от разрушения и помогая предотвратить кариес, ускоряет расщепление пуринов и выведение мочевой кислоты из организма.

Сера составляет 0,25% массы тела человека и входит в состав клеток нервной, костной и хрящевой ткани, а также волос, кожи и ногтей. Участвует в обменных процессах и способствует их нормализации, входит в состав ряда аминокислот, витаминов, ферментов и гормонов (в том числе инсулина), играет важную роль в поддержании кислородного баланса, улучшает работу нервной системы, стабилизирует уровень сахара в крови. уровень, повышает иммунитет, оказывает противоаллергическое действие, оказывает радиозащитное действие.

Для осуществления жизненно важных функций для элемента существует оптимальный диапазон концентраций. При дефиците или избыточном накоплении элементов в организме могут происходить серьезные изменения, обуславливающие нарушение активности прямо или косвенно зависящих от них ферментов [6].

Часть микроэлементов человек получает извне вместе с пищей, водой и воздухом. Рацион, состоящий из рафинированных продуктов, не обеспечивает необходимого количества витаминов и микроэлементов, потребность в которых значительно возрастает при неблагоприятных условиях окружающей среды, физических и психологических перегрузках. К рафинированным продуктам относятся, например, белый рис, манная крупа, мука высшего сорта, сахар и изделия из них. Если рацион состоит из таких продуктов, дефицит микроэлементов и витаминов можно устранить приемом поливитаминно-минеральных комплексов .