Макро- и микроэлементы

Биологически значимые для организма биологические элементы классифицируют на макроэлементы (содержание которых в живых организмах составляет больше 0,01 %) и микроэлементы (содержание менее 0,001 %).

К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей. Они принимают непосредственное участие в строительстве тканей организма. Из них построены такие органические вещества, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. К основным макроэлементам относятся калий, кальций, магний, натрий, сера, фосфор, хлор и др. Давайте рассмотрим значение отдельных макроэлементов в организме.

Натрий поддерживает нормальную сократимость мышц, тонус сосудистых стенок, регулирует процессы возбуждения и расслабления. В костной ткани депонируется до 30 % натрия, примерно столько же его в клеточной системе организма. Суточная потребность в натрии у взрослых составляет 4–5 г. При повышенной концентрации натрия в крови человек ощущает чувство жажды.

Хлор участвует в регуляции водного равновесия в организме, в регуляции функции почек. Больше всего его содержится в коже и легких. Суточная потребность в хлоре – 7,5-10 г.

Кальций участвует в функционировании сердечно-сосудистой и нервной систем, в процессе свертываемости крови, в выработке гормонов, ферментов и белков, в сокращении и расслаблении мышц и особенно в обеспечении прочности костей скелета. Недостаток кальция может вызывать боли в костях и мышцах, мышечные судороги, головные боли, плохой сон, раздражительность и утомляемость, депрессивное настроение, нарушение артериального давления. Наиболее частое следствие недостатка кальция – это деформация суставов, остеопороз (хрупкость костей), ведущий к легко возникающим переломам.

Нехватка кальция в организме – это отсутствие стройности фигуры, блеска в глазах; это тусклые блеклые волосы, ломкие ногти, разрушение зубов и воспаление десен; нездоровый цвет лица. А при большом дефиците кальция лицо может даже искривляться.

Фосфор входит в состав высокоэнергетических соединений, выполняет функцию топлива, универсального носителя энергии. В организме содержится во всех средах и тканях, депонируется в костной и мышечной тканях. Наша суточная потребность в фосфоре – от 1 до 4,6 г. Много фосфора в рыбе и молочных продуктах. Нарушение в обмене фосфора всегда влечет за собой нарушение обмена кальция.

Калий обеспечивает работу так называемого калий-натриевого насоса, за счет которого сокращаются и расслабляются наши мышцы. При нарушении обмена калия страдает сердечная мышца, что проявляется в слабости, головокружении, сердцебиении, отеках.

Магний важен как структурный элемент многих ферментов, осуществляющих процессы обмена веществ. При недостатке магния наблюдаются мышечные подергивания, спазмы, судороги, боли в животе, раздражительность. Дефицит магния сопровождает такие серьезные заболевания, как эпилепсия, инфаркт миокарда, хронический алкоголизм, гипертония; введение солей магния в организм при онкологических заболеваниях замедляет рост опухолей. Источником магния является в основном растительная пища. В сутки человек должен получить 0,5–1 г этого замечательного элемента. При голодании в организме быстро образуется дефицит магния.

Сера необходима для некоторых обменных процессов. При ее нехватке страдает прежде всего кожа, она приобретает нездоровый вид, появляются различные высыпания, шелушения, пятна. Серьезные нарушения обмена веществ приводят к необратимым последствиям для здоровья.

Железо участвует в окислительно-восстановительных процессах, крайне важных для образования хлорофилла. Играет большую роль в дыхании, поскольку является составной частью дыхательных ферментов.

Микроэлементами называются химические элементы, содержание которых в организме малое, но они участвуют в важнейших биохимических процессах и поэтому необходимы организму.

Учение о значении микроэлементов для организма человека появилось в 20-е годы прошлого века, но в последнее время наблюдается всплеск интереса к изучению этой проблемы. Это связано прежде всего с новыми методическими возможностями. Минеральные вещества не обладают энергетической ценностью, как белки, жиры и углеводы, но практически все ферментативные процессы в организме невозможны без их участия. Микроэлементы условно делятся на незаменимые (эссенциальные), нейтральные и токсические. В организме человека обнаружено более 70 микроэлементов, 18 из которых являются незаменимыми.

Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг. Постоянство внутренней среды (гомеостаза) организма предусматривает в первую очередь поддержание качественного и количественного содержания минеральных веществ на физиологическом уровне.

Для жизнедеятельности человека просто необходимы бром, кобальт, марганец, медь, молибден, селен, фтор, хром, цинк, бор, ванадий, кремний и другие микроэлементы. Чем меньше их концентрация в организме, тем труднее установить биологическую роль данного элемента, идентифицировать соединения, в образовании которых он принимает участие.

Основные причины, вызывающие недостаток минеральных веществ, – это неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода, геологические особенности различных регионов, потеря минеральных веществ по причине кровотечений при ряде болезней. Употребление алкоголя и некоторых лекарственных средств вызывает потерю микроэлементов.

Различные нарушения в концентрации микроэлементов могут проявляться в течение всей жизни и быть минимальными. Причины возникновения дисбаланса – недостаточное поступление или недостаточное их усвоение. Реже заболевание может быть генетически обусловленным (наследственным) и наблюдаться уже в детском возрасте.

В большинстве случаев эти изменения являются вторичными, т. е. проявляются на фоне различных хронических заболеваний, неблагоприятной экологической обстановки и употребления в пищу продуктов с критическим содержанием токсических минералов (они вытесняют из организма незаменимые микроэле-менты).

В результате несбалансированной диеты, быстрой потери веса, сезонных гиповитаминозов (витамины участвуют в процессах регуляции минерального обмена в качестве коферментов) количество микроэлементов также может меняться. Изменение уровня одного из микроэлементов также встречается редко, т. к. взаимоотношения между ними очень тесны, и «вакантное место» в комплексе «металл-фермент» (белок) занимает другой, похожий по строению металл.

В настоящее время выделен ряд состояний, связанных с дисбалансом минеральных веществ. Их называют микроэлементозами. Под этим названием объединены заболевания и синдромы, в развитии которых лежат недостаток или избыток микроэлементов, их дисбаланс, аномальное соотношение макро- и микроэлементов.

Первыми признаками микроэлементоза могут быть: изменения ногтевой пластины (ломкость, неровность, появление исчерченности), ломкость и повышенное выпадение волос, раннее поседение волос, изменение эмали зубов. Но причин для этого может быть много: недостаток цинка и витамина А, анемия (дефицит железа), увеличение уровня холестерина в крови. Причины выпадения волос также могут быть и гормональные.

Исследования последних лет доказывают, что минеральный состав организма формируется выборочным поглощением отдельных элементов, их концентрацией в биологических средах и избирательным выведением. Ход этих процессов зависит как от экологических условий, так и от генетически закодированного, присущего данному организму обмена веществ.

В настоящее время выделены заболевания, связанные с дисбалансом минеральных веществ, – микроэлементозы (гипо или гипер). Под этим названием объединены заболевания и синдромы, в этиологии которых лежат недостаток или избыток микроэлементов, их дисбаланс, аномальное соотношение макро- и микроэлементов.

Микроэлементозы могут носить эндемический характер, например эндемический зоб или флюороз. При дисбалансе минеральных веществ (избытке или дефиците) в организме, вызванном алиментарным фактором, неблагоприятной экологической ситуацией или генетическими заболеваниями, сопровождающимися нарушением всасывания микроэлементов или длительным применением некоторых лекарственных веществ, микроэлементы вступают в конкурентные взаимоотношения и могут вызвать парадоксальные реакции. Наиболее высока чувствительность к химическим агентам у эмбриона, новорожденного, ребенка раннего возраста, которая объясняется индивидуальной гиперчувствительностью и этническими особенностями.

Существует прямая зависимость роста заболевания (особенно наследственного характера) детей от общего ухудшения экологической обстановки, которая приводит к изменению природного содержания микроэлементов. Это касается прежде всего геохимической обстановки в крупных промышленных городах. Качество окружающей среды определяется содержанием в ней отдельных вредных веществ.

В последние годы установлены новые закономерности развития вторичной иммунной недостаточности у детей под влиянием загрязнения окружающей среды солями тяжелых металлов. Доказано, что нарушения в системах интерфероногенеза (синтеза интерферона) и фагоцитоза встречаются чаще и выражены более интенсивно, чем сдвиги показателей клеточного и гуморального иммунитета крови.

Для оценки наличия комплекса микроэлементов могут служить волосы, в которых по мере их роста (0,33 мм в сутки) накапливаются минеральные вещества, что дает возможность определить динамику их поступления в организм. Волосы являются наиболее удобным и перспективным показателем нормы (средней, фоновой) концентрации элементов в популяциях. Опубликованы статистические данные о различии уровней элементной насыщенности волос по полу, возрасту, длительности проживания в регионах, профессии. В качестве биологического показателя загрязнения некоторыми химическими элементами анализ волос находит широкое применение в контроле состояния окружающей среды.

Наиболее опасными в токсикологическом отношении химическими веществами являются пестициды и соли тяжелых металлов (т. е. с атомной массой более 40 и атомным номером более 20). Они обладают высокой реакционной способностью, биохимической и физиологической активностью. Концентрация минералов в организме человека зависит также от территории. В регионах с избытком или недостатком рассеянных элементов наблюдаются соответствующие изменения в волосах и других биологических средах организма.

Существуют допустимый и критический уровни концентрации микроэлементов. Допустимый уровень – количество вещества в организме, которое при постоянной концентрации не вызывает изменений в состоянии здоровья человека. При критическом уровне (выше допустимого в 1,5–2 раза) наблюдаются различные биохимические нарушения. Загрязнение окружающей среды широким комплексом металлов в относительно низких концентрациях регистрируется практически везде в промышленных городах. Оно не всегда приводит к появлению специфических заболеваний, но вызывает снижение иммунобиологической реакции организма, провоцирует различные аллергические реакции, повышение дыхательных патологий, ведет к увеличению общей заболеваемости населения.

Таким образом, микроэлементный статус человека напрямую зависит от состояния экологии. От состояния окружающей среды зависит продолжительность воздействия патологического фактора и реактивность организма.

Для установления дефицита микро- и макроэлементов разработана лабораторная диагностика. Только она позволяет сделать вывод о необходимости их восполнения.

Количественная диагностика микро- и макроэлементозов в России имеется далеко не во всех медицинских учреждениях. Врачи ее рекомендуют редко, как правило, придают невысокое значение в развитии заболеваний. Однако в условиях «неблагополучной городской среды» она приобретает с каждым годом все большее значение.