VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Введение

На протяжении нескольких десятилетий активно изучается качественный и количественный состав микроэлементов (МКЭ) в различных биологических жидкостях и тканях человека. Полученные результаты имеют важнейшее значение для клиники, т.к. для адекватного лечения многих заболеваний своевременное выявление и устранение дефицита МКЭ играет ключевую роль.

Изучением содержания МКЭ (количественного и качественного состава), роли в биохимических и физиологических процессах занимается не только биохимия, но эта проблема является актуальной в практической медицине. Это связано с тем, что нарушения обмена МКЭ при одних заболеваниях сами по себе отягощают течение болезни, а при других являются важным патогенетическим фактором их развития. На сегодняшний день накоплен большой мировой клинический опыт, подтвержденный результатами экспериментальных исследований, в которых выявлены нарушения МКЭ в плазме крови при таких хирургических состояниях, как перитонит, эмпиема плевры, острый панкреатит, у больных после резекции толстой кишки, при болезни Крона, при травмах и др. Отмечены клинические ситуации развития дефицита отдельных МКЭ при острых и обострении хронических заболеваний у терапевтических и неврологических больных, значительные изменения со стороны МКЭ сопровождают течение осложненной беременности, возможен дефицит МКЭ у детей на ранних этапах развития.

1. Содержание микроэлементов в органах и тканях человека

Изучение состава тела человека активно продолжается и в настоящее время. Более того, за последние десятилетия количество публикаций по данному вопросу возросло в разы. И это не случайно, так как современные технологии позволяют проводить исследования состава тела не только на органном и системном, но и на молекулярном и элементном уровнях.

На протяжении нескольких десятилетий активно изучается качественный и количественный состав микроэлементов в различных органах, тканях, биологических жидкостях человека. Полученные результаты имеют важнейшее значение для клиники, потому что для адекватного лечения многих заболеваний своевременное выявление и устранение дефицита микроэлементов играет ключевую роль. Именно на это акцентируют внимание современные публикации, в которых обозначены роль и значение микроэлементов в жизнедеятельности человека.

Напомним, что к микроэлементам (МКЭ) относят те вещества, содержание которых в организме человека составляет менее 0,015 г. Из 92 МКЭ, встречающихся в природе, у человека обнаружен 81. Считается, что наиболее часто при тяжелых заболеваниях следует ожидать развитие нарушений со стороны цинка (Zn), меди (Cu), марганца (Mn), селена (Se), молибдена (Mo), йода (I), железа (Fe), хрома (Cr) и кобальта (Co). Учитывая, что многие МКЭ входят в состав ферментов, катализирующих биохимические реакции в организме человека, важнейшим является не только динамический контроль за уровнем отдельных МКЭ в плазме крови (или других органах и тканях), но и определение активности данных ферментов.

Содержание МКЭ в органах и тканях человека составляет от 10^-2до 10^-7% от массы органа. Оно более высокое в паренхиматозных органах (например, печени), наименьшее — в цереброспинальной жидкости и плазме крови. Неравномерное распределение МКЭ в организме связано с их специфическим участием в деятельности различных органов. Содержание МКЭ в организме изменяется в зависимости от времени года и возраста. В частности, с возрастом повышается концентрация в тканях алюминия, титана, кадмия, никеля, цинка, свинца, а концентрация меди, марганца, молибдена, хрома снижается. В крови увеличивается содержание кобальта, никеля, меди и уменьшается содержание цинка. Во время беременности и в период лактации в крови становится в 2—3 раза больше меди, марганца, титана и алюминия.

Рассмотрим поподробнее количественный состав некоторых микроэлементов в организме человека.

Железо

Наибольшее содержание отмечают в эритроцитах, селезенке, печени, плазме крови. Входит в состав гемоглобина, ферментов, катализирующих процессы последовательного переноса атомов водорода или электронов от исходного донора к конечному акцептору, т.е. в дыхательной цепи (каталазы, пероксидазы, цитохромов).

Йод

Наиболее высокое содержание обнаруживается в щитовидной железе, для функционирования которой йод абсолютно необходим.

Кремний

Наибольшее содержание определяют в бронхолегочных лимфатических узлах, хрусталике глаза, мышечной оболочке кишечника и желудка, поджелудочной железе. Содержание кремния в коже максимально у новорожденных, с возрастом оно уменьшается, а в легких, наоборот, возрастает в десятки раз.

Марганец

Наибольшее содержание отмечают в костях, печени, гипофизе.

Медь

Наибольшее содержание обнаруживают в печени и костях.

Молибден

Наибольшее содержание отмечают в печени, почках, пигментном эпителии сетчатки глаза. Является частичным антагонистом меди в биологических системах.

Цинк

В организме человека содержится от 1,5 до 3 г цинка: 60% - в мышцах и костях, 20% - коже. Самые высокие его концентрации обнаружены в простате у мужчин, в лейкоцитах и эритроцитах. Много цинка в сетчатке глаза, печени и почках, а также в гипофизе.

Магний

Магний и его соединения находятся в тканях, главным образом во внутриклеточном веществе. Топография магния в организме человека следующая: дентин, эмаль, кости скелета, поджелудочная железа, скелетные мышцы, почки, мозг, печень и сердце. Общее содержание магния в организме человека составляет 0,004%. В биологических жидкостях и тканях организма находится как в свободном виде, так и в связанном с белками состоянии.

Кобальт

Содержание кобальта в организме человека и животных достаточно велико: в селезенке — 3,5 мг, в печени (сухой массы) — 2,5 мг, в мышцах — 2,5 мг, в крови — около 60 мг.

Хлор

Всосавшийся хлор равномерно распределяется по внеклеточным жидкостям, легко диффундирует через оболочки капилляров и лишен способности к избирательному накоплению в каком-либо органе или ткани, за исключением концентрирования хлора в железах желудка.

2. Обмен микроэлементов

2.1. Потребность человека в микроэлементах

2.2. Пищевые продукты, содержащие микроэлементы

2.3. Роль микроэлементов в метаболизме

2.4.Патологии, связанные с нарушением обмена микроэлементов

2.1. Потребность человека в микроэлементах

Исходя из того, что микроэлементы являются участниками многих биохимических процессов жизнеобеспечения, то и потребность в них у человека велика. Величина потребности в нутриенте складывается из нескольких факторов: пол, вес, физическое состояние, наличие или отсутствие патологий, род деятельности и др. Потребность в тех или иных элементах может увеличиваться у женщин в период беременности и лактации.

Так, например, суточная потребность в Zn для мужчин составляет 9,5 мг (14,5 мкмоль), а для женщин 7 мг, но при тяжелых состояниях, таких как ожоги, острый панкреатит, высокие тонкокишечные свищи и др. потребность в микроэлементе возрастает до 25 мг/сут и более.

Что касается суточной потребности в Se для взрослых людей, то она составляет, в среднем, 55 мкг, но может возрастать до 400 мкг и более при ряде патологических состояний, включая септические состояния, сепсис, септический шок и т.д. При проведении полного парентерального питания (ППП) доза селена составляет 30-60 мкг/сут.

На сегодняшний день считается, что потребность в Cu у взрослого человека составляет, в среднем, 900 мкг/сут. При проведении ППП необходимо вводить, в среднем, 0,3-1,3 мг/сут или 5-20 ммоль/сут.

Что касается потребности в Y, то необходимо помнить, что организму требуется ничтожно малое количество этого микроэлемента — всего 2—4 мкг на 1 кг массы тела (в среднем). Для взрослого мужчины это составит 150—300 мкг в сутки, при больной щитовидной железе — 400 мкг. Молодым людям в период полового созревания, беременным и кормящим женщинам требуется особенно большое количество йода — более 400 мкг. При этом следует помнить, что часть йода не выводится и повторно используется организмом.

Потребность в магнии. В норме за сутки в организм должно поступать около 300 мг магния для женщин и 350 мг – для мужчин. По данным российских эпидемиологических исследований, около 30% жителей ежедневно с пищей получают менее 70% суточной дозы магния. Гомеостаз магния также зависит от возраста (пожилые люди склонны к гипомагниемии, а у молодых среднесуточная потребность на 150 мг больше) и состояния кишечной абсорбции (например, уровень микроэлемента резко снижается при синдроме мальабсорбции и диарее) в двенадцатиперстной кишке и проксимальном отделе тощей кишки. Потребность в магнии возрастает в среднем на 150 мг в сутки при физических нагрузках, стрессе, в период беременности и лактации, при злоупотреблении алкоголем, несбалансированных ограничительных диетах и синдроме хронической усталости.

Суточная потребность взрослого здорового человека в натрии составляет 4-6 г. Это примерно 10-15 г поваренной соли. Потребность в натрии возрастает в условиях жаркого климата, при обильном потоотделении, повышенном потреблении воды или сильных физических нагрузках. При ревматизме, гипертонии, ожирении, нагноительных процессах в легких, аллергиях, переломах костей, заболевания почек, поджелудочной железы, печени, некоторых болезнях желудка), приеме гормональных препаратов рекомендуется снижать потребление соли (следовательно, натрия).

Потребность в фосфоре. Взрослому человеку в сутки требуется от 1200 до 1600 мг фосфора. Для ребенка до года эта доза составляет 300-500 мг, для детей 1-3 лет нужно около 800 мг, для детей 3-7 лет требуется 1350 мг, с 7 до 10 лет доза равна 1600 мг, с 11 до 18 лет 1800 мг. У беременных и кормящих матерей потребность в фосфоре равняется 1800-2000 мг. При этом эти дозы указаны в расчете на человека со средней физической активностью. При увеличении нагрузки необходимая доза фосфора возрастает. Также очень важным является соотношение кальция и фосфора, поступающих в организм человека. Кальция должно быть в 2 раза больше чем фосфора.

Суточная потребность в хроме. В организм человека хром может попасть вместе с пищей и воздухом. Для того что бы поддерживать уровень хрома в организме вполне достаточно 50-200 мкг в сутки. Для большинства людей, с сидячей работой, и нерегулярными небольшими нагрузками, достаточно и 25-35 мкг в день. Если человек занимается спортом, или у него тяжелая физическая работа, то потребуется от 150 до 200 мкг хрома. Для беременных женщин характерно повышенное потребление хрома, и им требуется 150-200 мгк в сутки. Во многом потребность в хроме зависит от количества поглощаемой жирной и сладкой пищи. Если человек употребляет такую пищу, то для нормального ее усвоения понадобится примерно в 2 раза больше хрома, чем человеку со сбалансированной диетой.

Согласно рекомендациям ВОЗ ежесуточное поступление кальция в организм не должно быть ниже 1000-1200 мг в день для взрослого человека и зависит от возраста. В организм должен поступать в определенном соотношении с фосфором. Оптимальным соотношением этих элементов принято считать как 1 к 1,5 (Са к Р).

Рекомендуемые ВОЗ суточные нормы потребления кальция:

• Дети до 3 лет — 600 мг

• Дети от 4 до 10 лет — 800 мг

• Дети от 10 до 13 лет — 1000 мг

• Подростки от 13 до 16 лет — 1200 мг

• Молодежь от 16 и старше — 1000 мг

• Взрослые от 25 до 50 лет — от 800 до 1200 мг

• Беременные и кормящие грудью женщины — от 1500 до 2000 мг

Избыточные дозы кальция и витамина Д могут вызвать гиперкальцемию, после которой следует интенсивная кальцификация костей и тканей (в основном затрагивает мочевыделительную систему). Продолжительный переизбыток нарушает функционирование мышечных и нервных тканей, увеличивает свертываемость крови и уменьшает усвояемость цинка клетками костной ткани. Максимальная дневная безопасная доза составляет для взрослого от 1500 до 1800 миллиграмм.

Суточная потребность калия для взрослого человека 2-3 г в сутки, а для ребенка - 16-30 мг на кг массы тела. Необходимый минимум потребления калия для человека в сутки составляет около 1 г. При нормальном пищевом рационе суточная потребность в калии полностью удовлетворяется, но отмечаются еще сезонные колебания в потреблении калия. Так, весной его потребление невысоко - около 3 г/сутки, а осенью максимальное потребление - 5-6 г/сутки.

Суточная потребность в марганце составляет:

• для взрослого человека 2,5-5 мг;

• для беременных и кормящих мам 4-8 мг;

• для детей 1-3 года - 1мг, от 4 до 6 лет - 1,5мг, 7-15 лет - 2мг, старше 15 лет - 2,5-5 мг;

При злоупотреблении рафинированной высококалорийной пищей, сердечно-сосудистых заболеваниях и нервных расстройствах, частых головокружениях, диабете, нарушениях репродуктивной функции, больным шизофренией рекомендуется увеличить дозу принимаемого марганца.

С учетом 10 % усвоения суточные нормы потребления железа составляют у мужчин 10 мг, у женщин 18 мг (у беременных - 20 мг, у кормящих грудью - 25 мг). При этом следует иметь в виду, что степень усвоения железа из разных пищевых продуктов разная. Она большая из рационов, богатых животными продуктами (мясом, рыбой и др.), и меньшая - из рационов, состоящих в основном из растительных продуктов. Потребность в железе возрастает при напряженной физической работе, у спортсменов, при работе, связанной с веществами, оказывающими токсическое влияние на кроветворение (анилин, бензол и др.), в условиях дефицита кислорода (альпинисты, кессонщики и др.), при кровопотерях, болезнях кишок, глистных инвазиях.

2.2. Пищевые продукты, содержащие микроэлементы

Для удовлетворения потребностей организма в тех или иных микроэлементах в организм человека должно в достаточном количестве поступать элементов с продуктами питания. Полноценное и сбалансированное питание является одним из главных факторов адекватного поступление нутриентов в организм. Для недопущения гипоэлементозного/гиперэлементозного состояния необходимо знать количественный состав микроэлементов в продуктах питания.

Больше всего фосфора содержат сухие дрожжи, это 1290 мг на 100 г. Затем, на втором месте находятся молочные продукты. К примеру, сыр содержит 600 мг фосфора на 100 г. На третьем месте по содержанию фосфора стоят морепродукты. Камбала, к примеру, содержит 400 мг фосфора на 100 г, а тунец 280 мг на 100 г. Сыр и морепродукты хороши тем, что в них помимо фосфора содержится и кальций, что позволяет обеспечивать при их потреблении оптимальное для нашего организма соотношение этих двух элементов. Следует понимать, что человек может получать с пищей до 5 г фосфора без всякого вреда для здоровья, при условии, что кальция он получит как минимум на 150% больше, чем фосфора. Для нашего организма опасно именно нарушение соотношения фосфора и кальция, а сам по себе избыток фосфора при достаточном количестве кальция вреда не несет. При этом, если вы хотите повысить уровень фосфора, следует понимать, что из пищи всасывается далеко не 100% имеющегося там фосфора. Лучше всего усваивается фосфор из молочных продуктов. Дети усваивают до 90% фосфора из молока. На втором месте стоят морепродукты и мясо, оттуда усваивается 60-70% содержащихся в них фосфора. Из растительной пищи мы получаем не более 20% содержащегося в ней фосфора, у нас просто нет нужных пищеварительных ферментов, чтобы забрать фосфор из соединений, в которых он заключен.

Кальций в различных продуктах питания. Необходимо помнить, что кальций теряется при термической обработке (например, при варке овощей – 25%). Потери будут незначительны, если вода, в которой варились овощи, идет в употребление (например, бульон или подливка). Наиболее богаты кальцием капуста, ботва молодой репы, фасоль, миндаль. Однако, использование химических удобрений при выращивании овощей снижает содержание в них кальция. Кальций представлен во многих продуктах питания (в злаковых культурах, мясе, рыбе), однако является трудноусвояемым. Например, организмом усваивается только 13,4 % кальция, содержащегося в моркови. Надо съесть 700 г моркови, чтобы получить 1/4 часть суточной нормы кальция. Хорошо усваивается кальций в салате-латуке, но процент его содержания невысок. Самый легкоусвояемым является кальций молока и молочных продуктов (за исключением сливочного масла) в сочетании с овощами и фруктами. Козье молоко богаче, чем коровье. Для удовлетворения суточной потребности достаточно 0,5 л молока или 100 г сыра. Так же для усвоения кальция присутствие витамина D совершенно необходимо: он нейтрализует действие различных антикальцинирующих веществ, является регулятором фосфорно-кальциевого обмена. Хорошими источниками витамина D являются молоко, печень, яйца, салат-латук. В качестве пищевых добавок желательно вводить в рацион питания жир, содержащийся в печени трески или палтуса.

Источник железа – печень, мясо, птица, рыба. Богаты железом крупы (гречиха, овсянка, пшено, манная), хлеб, яичный желток. В меньшем количестве оно содержится в рисе, различных овощах (капуста, помидоры, морковь, свекла, редис, лук зеленый, арбуз, тыква, картофель, зеленый горошек) и фруктах (крыжовник, черная смородина, клубника, виноград, лимон и другие). Много железа в сливовом соке, кураге, изюме, а также в орехах, тыквенных и подсолнечных семечках. Наконец следует упомянуть и проросшую пшеницу, в порции которой (30 г) содержится 3 мг железа. Очень важно не забывать о черном хлебе, желательно из муки грубого помола, и отрубях. Из хлебных продуктов и овощей усваивается около 5% железа, из продуктов животного происхождения, таких, как язык, печень, говядина, рыба, – 15-20 %. Усвоение железа из растительных продуктов возрастает втрое, когда их едят вместе с продуктами животного происхождения. Надо отметить, что великолепным источником железа является печень. Не только потому, что в ней его много, притом в легкоусвояемой форме, но и потому, что она обладает свойством повышать усвоение железа из овощей и других продуктов растительного происхождения, например хлеба из муки грубого помола, круп, зелени, салатов.

Для того чтобы удовлетворить потребность в железе, прежде всего надо:

1) есть натуральные, не рафинированные продукты;

2) предпочитать продукты, в которых железа много;

3) помнить о витаминах С и В12, который не только помогают усваивать больше железа, но и делают его легкоусвояемым.

Железо в зелени

Петрушка

В зелени петрушки 5 мг железа в 100 г (укропа – 7 мг%), но в ней есть еще 180 мг витамина С, облегчающего усвоение железа из других продуктов.

Крапива

Крапива содержит лецитин, несколько энзимов (оксидаза, пероксидаза и хлорофилаза), органические кислоты, в том числе муравьиную кислоту. Кроме того, 15-19 % минеральных солей, а это очень много. Среди них есть соединения кремния, железа, калия, кальция и др.; из витаминов крапива содержит А, С и К, а также 5-7,5 % хлорофилла и не так давно открытый растительный секретин, активизирующий выделительную деятельность желудка, печени, селезенки и кишок, перистальтику кишечника. Может быть, именно потому народная медицина веками приписывала крапиве такие необыкновенные свойства, как увеличение объема крови, вернее содержания гемоглобина, а также количества и размеров красных кровяных телец. Клинические эксперименты подтвердили, что с этой точки зрения крапива не уступает синтетическим препаратам железа и прекрасно лечит анемию.

Мы получаем медь из продуктов питания, причем содержание меди в них зависит от ее количества в почве и может значительно возрасти, если почву будут удобрять сернокислой медью. В листьях женьшеня накапливается чрезвычайно высокая концентрация меди, несмотря на то что в почве, где рос женьшень, этого металла было немного. В нем также обнаружены большие концентрации кальция и железа, но меньше калия, титана, марганца, цинка, рубидия, никеля и молибдена. Отсюда вывод: женьшень — замечательный накопитель многих важных микроэлементов и витаминов. Растения берут из почвы не более 4% меди, а мы усваиваем лишь около 10% ее из продуктов питания.

Ниже в таблице приведено количественное содержание меди в различных продуктах:

В каких продуктах содержится марганец? Больше всего марганца в чае и какао, клюкве, немного меньше в съедобных каштанах, перце. В таблице ниже приведено содержание марганца в некоторых продуктах питания:

Источники йода. В 1 кг овощей — 20 — 30 мкг йода, в 1 кг зерна — около 50 мкг, в 1 л молока — около 35 мкг, в 1 кг сыров, яиц, животных жиров — 35 мкг, в 1 кг рыбы — от 100 до 200 мкг йода (максимум). Вываренная соль — «Экстра» йод потеряла, в отличие от соли каменной, содержащей все необходимые для жизни микроэлементы. Самым богатым источником йода считают все-таки воду, хотя и в воде его содержание бывает различным — или много, или слишком мало. Балтийское, Черное моря богаты этим элементом, а потому людям с заболеванием щитовидной железы полезно пребывание на балтийских и черноморских пляжах, при этом следует избегать прямых солнечных лучей, чтобы не спровоцировать роста щитовидной железы.

Источники кобальта. Кобальт содержится в: печени, почках, в молоке (только в кисломолочном виде и односуточное — кефир, простокваша, йогурт без фруктовых сиропов). Источниками кобальта являются: масло сливочное несоленое (немного 17—20 г), масло соевое, топленое (помните, что все подогретые масла канцерогены); яйца (желток сырой, белок); пророщенная пшеница и отруби, гречка (в виде заваренной «живой кашки»), кукуруза. Много кобальта содержится в чае и какао, но эти продукты опасны и часто их употреблять нельзя, так как в них есть ксантин, образующий нитразамины. Все перечисленные продукты мы употребляем только после тепловой обработки (вареными), поэтому их подавать лучше вместе со свежеприготовленными овощами или соками так, чтобы «живых» овощей было в 3 раза больше. К сожалению, в остальных продуктах кобальт содержится в миллиграммах. Для полноценности диеты следует помнить, что продукты, богатые кобальтом, необходимо сочетать с продуктами, богатыми марганцем и витамином В12.

Магний содержится в хлорофилле, который является зелёным фотосинтетическим пигментом, содержащимся в большинстве растений, в морских и сине-зелёных водорослях. Хлорофилл также содержится в зелёных овощах, например в шпинате и брокколи. Некоторые орехи, семена, бобовые (горох, фасоль и т.д.) и все необработанные злаки также являются хорошими источниками магния. Магний также содержится в ростках пшеницы и в отрубях, но в переработанном зерне (т.е. в белой муке) содержание магния резко снижается. Раньше люди получали часть магния с водой, особенно если вода была из подземных скважин. Но современные методы очищения и смягчения воды резко сокращают уровень содержания магния в водопроводной воде. Воду, в которой содержится много минералов, в том числе и магний, называют "жёсткой", и её обычно смягчают. Достаточное количество различных бобовых, злаковых, орехов или овощей в нашем ежедневном рационе, вероятно, могло бы удовлетворить нашу необходимую среднесуточную потребность в магнии. Однако полностью полагаться на данное утверждение нельзя, и на это есть следующие веские причины: 1. Чем больше возраст человека, тем меньше питательных веществ он может усвоить из еды. Соляная кислота в нашем желудке, которая является основным компонентом, помогающим нам усваивать питательные вещества, с возрастом производится в организме всё меньше. 2. В наших продуктах питания намного меньше питательных веществ, чем 50 лет назад. Почвы постепенно истощаются, и поэтому всё меньше полезных питательных веществ содержится в продуктах. В почву вносятся дополнительные удобрения, но в них содержатся только 3 минеральных вещества: азот, фосфор и калий.

Таблица количественного состава магния в продуктах питания (по Food and Drug Administration, FDA):

Наименование продукта	Милиграмм (мг) на 100 грамм продукта
Семена кунжута, жаренные	356
Кешью, сырой	292
Миндаль, жареный	286
Казинаки из кунжута	251
Кедровый орехи, очищенные	251
Ростки пшеницы, необработанные	239
Гречка, сырая	231
Кукурузные хлопья	214
Арахис, жареный	188
Семена подсолнечника, жареные	129
Финики, сушёные	84
Шпинат, свежий	79
Молочный шоколад	63
Скумбрия, солёная	60
Гречка, варёная	51
Фасоль красная, варёная	45
Пшено, варённое	44
Чернослив, сушёный	41
Креветки, варёные	40
Хлеб, ржаной	40
Банан, сырой	27
Икра, рыбная	26
Мясо курица, грудинка	26
Картофель, печёный	25
Печенье, песочное	25
Хлеб пшеничный, белый	23
Свекла, свежая	23
Вишнёвый сок	21
Лук, репчатый, свежий	20
Молоко, 3.2%	10
Яйцо, варёное вкрутую	10
Редис, свежий	10
Сметана	10
Тыква, варёная	9
Яблоко, свежее	5
Виноград, свежий	5
Пиво, светлое	5
Огурец, квашеный	4
Чай	3
Кофе	3
Апельсиновый сок	3
Масло, сливочное	2
Мёд, пчелиный	2
Вода, водопроводная	1
Сало	0

Содержание цинка в различных продуктах питания приведено ниже в таблице:

2.3. Роль микроэлементов в метаболизме

В организм человека с продуктами питания поступает огромное количество биологически активных веществ (БАВ). Одни из них являются энергетическим балластом, обеспечивающим энергозатратные процессы в органах и тканях человека, некоторые из веществ являются структурными компонентами клеточных органелл. Ряд веществ — микроэлементы, являются ключевыми участниками этих реакций и процессов: ингибирование и катализирование реакций, усиление и угнетение функций некоторых внутренних органов человека. Микроэлементы участвуют во всех основных процессах, протекающих в организме, поскольку входят в состав гормонов, витаминов, ферментов. Они необходимы для роста (цинк, марганец, йод), кроветворения (железо, медь, цинк, кобальт), синтеза соединительной ткани (медь) и костей (кальций). Участвуют в генерации и проведении возбуждения сердечной мышцы (калий, магний), регулируют углеводный и жировой обмен (хром). Защищают организм от вредных внешних воздействий (селен). Являются кофактором многих ферментов: процесс обезвреживания аммиака (глутаминсинтетаза — ионы магния), орнитиновый цикл ( аргиназа — ионы кальция или марганца); регулируют активность некоторых ферментов: пентозофосфатного пути превращения глюкозы (глюкозо – 6 – фосфат – дегидрогеназа — магний, кальций), орнитинового цикла (аргининосукцинатсинтетаза — ионы магния), цикла трикарбоновых кислот (изоцитратдегидрогеназа — ионы магния или марганца), метаболизма аминокислот (фенилаланингидроксилаза — железо).

Ключевую роль МКЭ играют в ингибирование и катализирование ряда важнейших биохимических процессов в организме человека: гликолиз, пентозофосфатный путь превращения глюкозы, цикл трикарбоновых кислот, обмен витаминов, цепь переноса электронов.

Теперь поговорим о некоторых микроэлементах поподробнее.

Роль цинка в метаболизме. В организме человека цинк является кофактором более чем 300 ферментов (ДНК-полимераза, Zn-зависимая тимидинкиназа, карбоангидраза и т.д.), участвующих в таких биохимических процессах, как репликация ДНК и РНК, деление клеток (цинк контролирует экспрессию генов в процессе клеточного цикла, в частности, цинк необходим для G2 фазы и индукции ДНК-полимеразы. Будучи связанным с ферментами, гормонами, витаминами, цинк оказывает значительное влияние на кроветворение, обмен белков, жиров, углеводов и др. Участие МКЭ в процессах синтеза ДНК делает его эссенциальным для быстро пролиферирующих тканей, таких как костный мозг и тимус, он причастен к трансформации лимфоцитов. Считается, что цинк участвует на самых ранних стадиях созревания Т-клеток, т.к. он является кофактором тимулина, секретируемого эпителиальными клетками тимуса и необходим для трансформации претимулина в тимулин. Нельзя обойти аспект его физиологического действия, указывающий что Zn является компонентом ретинол-переносящего белка и вместе с витамином А и витамином С препятствует возникновению иммунодефицитов, стимулируя синтез антител.

Роль магния в метаболизме. Магний необходим для нормального протекания множества биохимических реакций и физиологических процессов, чем и обусловлена его важнейшая роль в обеспечении жизнедеятельности человека, и что позволяет рассматривать его как важнейший регулирующий фактор.

Ионы магния участвуют в разнообразных биохимических реакциях, активируя более чем 300 ферментов. В роли кофактора он принимает участие во многих ферментативных процессах, в частности, в гликолизе, и в гидролитическом расщеплении АТФ. Находясь в комплексах с АТФ, Mg обеспечивает высвобождение энергии через активность Mg –зависимых АТФ-аз. Контролируя таким образом АТФ-зависимые реакции в организме, Mg оказывается необходимым элементом практически для всех энергопотребляющих процессов.

В качестве кофактора пируватдегидрогеназного комплекса Mg обеспечивает поступление продуктов гликолиза в цикл Кребса и этим препятствует накоплению лактата. Некоторые реакции самого цикла также находятся под контролем МКЭ.

Трудно переоценить роль магния в анаболических процессах: он участвует в синтезе белков, жирных кислот и липидов, в частности, циклический АМФ – универсального регулятора клеточного метаболизма и множества физиологических функций, — магний приобретает возможность вмешиваться в разнообразные процессы организма человека.

Роль селена в метаболизме. В организме человека селен в наибольших концентрациях обнаружен в печени, сердце, поджелудочной железе, лёгких, почках, а также в кожных покровах, волосах и ногтях. Влияние этого микроэлемента на физиологические процессы довольно разнообразно. Селен способствует укреплению иммунитета и стимулирует образование белковых молекул, обладающих защитными свойствами. Многие важные ферменты содержат в своём составе атомы этого элемента. Особого внимания заслуживают антиоксидантные свойства селена. Учёными установлено, что в основе многих заболеваний лежат нарушения биохимических процессов, обусловленные действием вредных частиц – свободных радикалов. Предполагается, что эти нежелательные воздействия являются также причиной старения организма. Селен защищает клетки человеческого тела от пагубного влияния таких частиц, то есть проявляет антиоксидантные свойства. Благодаря этому микроэлементу значительно продлевается срок активной жизнедеятельности клеток и нейтрализуются опасные для организма вещества. Именно по этой причине селен можно рассматривать как микроэлемент, обеспечивающий долголетие. Антиоксидантный эффект также лежит в основе способности селена предотвращать развитие злокачественных опухолей. Установлено, что при нормальной обеспеченности организма человека этим микроэлементом резко снижается вероятность появления заболеваний сердечнососудистой системы. Недостаточное количество селена в потребляемой пище провоцирует ухудшение снабжения клеток сердца кислородом и ведёт к риску наступления внезапной смерти вследствие нарушения сердечного ритма. Селен необходим для биосинтеза белковых молекул и носителей наследственной информации – нуклеиновых кислот. Стабильная работа нервной системы также во многом зависит от обеспеченности человека биологически доступными формами селена. Этот микроэлемент на должном уровне поддерживает остроту зрения и концентрацию внимания. Обеспечивая нормальный ход созревания мужских половых клеток, селен способствует выполнению половой функции у мужчин. Доказано также противовоспалительное действие селена. Работа щитовидной и поджелудочной железы во многом зависит от поддержания нормальной концентрации селена в организме.

Роль марганца в метаболизме. Марганец необходим для нормального роста, поддержания репродуктивной функции, процессов остеогенеза, нормального метаболизма соединительной ткани. Он участвует также в регуляции углеводного и липидного обмена.

Биохимические механизмы действия марганца связаны с его участием в функционировании многих ферментных систем В большинстве случаев марганец не является специфически» структурным компонентом ферментов, а оказывает наряду другими металлами активирующее действие на их каталитическую активность. К числу подобных ферментов относятся: аргиназа, фосфатазы, изоцитратдегидрогеназа, РНК - и ДНК - полимеразы и др. Однако имеется несколько ферментов, функционирование которых требует обязательного присутствия марганца. Два из них — мукополисахарид-полимераза и галактоилтраисфераза — участвуют в биосинтезе хондроитинсульфата. Последний является одним из основных компонентов хрящевой ткани. Необходимость марганца для биосинтеза хондроитинсульфата объясняет важную роль этого микроэлемента в регуляции метаболизма костной и соединительной ткани. Третий фермент, требующий обязательного присутствия марганца,— пируваткарбоксилаза — играет ведущую роль в регуляции гликонеогенеза. Марганец тесно связан также с процессами синтеза белка и нуклеиновых кислот.

Марганец принимает участие в регуляции углеводно-липидного обмена. Он активно стимулирует биосинтез холестерина. Введение марганца оказывает гипогликемизирующее действие. В крови и тканях больных сахарным диабетом концентрация марганца снижена. Предполагают, что марганец участвует в процесса синтеза или метаболизма инсулина.

Возможность развития недостаточности марганца у человека была показана лишь в последние годы. Наиболее характерным симптомом дефицита марганца служит выраженная гипохолестеринемия, отмечаются также похудание, дерматит, тошнота, рвота.

Достоверные сведения о физиологической потребности человека в марганце отсутствуют. Предполагают, что минимальная суточная потребность взрослого человека в марганце.

Роль меди в метаболизме. Прежде всего, она принимает активное участие в построении многих необходимых нам белков и ферментов, а также в процессах роста и развития клеток и тканей. Медь необходима для нормального процесса кроветворения и работы иммунной системы. Без меди организму трудно и даже невозможно превращать железо в гемоглобин; аминокислота тирозин, являющаяся одним из основных факторов, отвечающих за цвет кожи и волос, тоже без меди не может в полной мере использоваться организмом. Что касается процесса кроветворения, то медь, являясь частью ферментов, синтезирующих эритроциты и лейкоциты, для него действительно необходима.

Также она выполняет функцию снабжения клеток всеми веществами, необходимыми для нормального обмена: именно медь транспортирует железо из печени туда, куда нужно, поддерживая состав крови и нормальное состояние всех органов и тканей. Если меди не хватит, переносить железо будет некому, и оно останется лежать там, где накопилось – а это чревато серьёзными последствиями. Участвуя в синтезе коллагена, необходимого для образования белкового каркаса скелетных костей, медь делает здоровыми и крепкими наши кости. Людям, имеющим хрупкие кости и склонным к переломам, часто бывает достаточно ввести в рацион питания добавки с медью – и переломы прекращаются, так как перестают вымываться минералы, укрепляется костная ткань, предотвращается развитие остеопороза.

Благодаря меди наши кровеносные сосуды принимают правильную форму, долго оставаясь прочными и эластичными. Медь способствует образованию эластина – соединительной ткани, образующей внутренний слой, выполняющий функцию каркаса сосудов. Вместе с аскорбиновой кислотой медь поддерживает иммунную систему в активном состоянии, помогая ей защищать организм от инфекций; ферменты, отвечающие за защиту организма от свободных радикалов, тоже содержат в своём составе медь. Особенно нужна медь для поддержания структуры фермента супероксиддисмутазы, обладающего мощным антиоксидантным действием. Этот фермент играет не последнюю роль в предупреждении преждевременного старения кожи – отвечает за целостность клеток, поэтому он часто входит в состав самых эффективных антивозрастных косметических средств.

Упругость и эластичность кожи поддерживается с помощью коллагена – в его составе тоже есть медь.

Медь стимулирует активность гормонов гипофиза и поддерживает в норме работу эндокринной системы. Так, белки и углеводы в присутствии меди усваиваются лучше, а активность инсулина повышается. Улучшая работу желез внутренней секреции, способствуя выработке необходимых ферментов и соков, медь нормализует процесс пищеварения и защищает пищеварительную систему от повреждений и воспалений.

Некоторые специалисты отмечают, что медь может предотвратить возникновение язвы желудка при длительном приёме аспирина, назначаемого врачами для лечения различных заболеваний. Если больной вместе с аспирином будет принимать медь, то язвенная болезнь не возникнет: медь останавливает воспаления и быстро заживляет образующиеся язвочки. Без меди не может нормально формироваться мозг и нервная система – медь является основным компонентом миелиновых оболочек, без которых нервные волокна не могут проводить импульсы, а потом просто разрушаются.

2.4. Патологии, связанные с нарушением обмена микроэлементов

Необходимо постоянно контролировать количественный и качественный состав микроэлементов в организме человека. Недостаток микронутриентов вызывает гипомикроэлементозы, а их избыток – гипермикроэлементозы.

Микроэлементозы – патология, которая возникает в организме человека по причине недостаточного или избыточного поступления микронутриента в организм, а также связана с дисбалансом макро- и микроэлементов.

Хорошо известно, что микроэлементы обладают широким спектром синергических и антагонистических взаимоотношений. Так, показано, что между 15 известными жизненно необходимыми элементами существует 105 двусторонних и 455 трехсторонних взаимодействий.

В настоящее время существует следующая классификация микроэлементозов (по: Авцын,Жаворонков и др., 1991), которая приведена ниже:

Хром (Cr)

Участвует в регуляции углеводного обмена, деятельности сердечной мышцы, сосудов. При избыточном поступлении в организм, особенно шестивалентного хрома, может оказывать канцерогенный и аллергизирующий эффекты. Наиболее часты поражения кожи – дерматиты и экземы, а также астматические бронхиты, реже бронхиальная астма. При длительном контакте возможно заболеваний раком легкого. Кроме специфических эффектов, контакт с соединением хрома предрасполагает к более частому развитию гастритов, гепатитов, астено-невротических расстройств.

Показано, что дефицит хрома является причиной ухудшения толерантности к глюкозе у лиц среднего и пожилого возраста.

Марганец (Mn)

Гипоманганоз у детей и взрослых может приводить к нарушению углеводного обмена по типу инсулиннезависимого диабета, гипохолестеринемии, задержке роста волос и ногтей, повышению судорожной готовности, аллергозам, дерматитам, нарушению образования хрящей, остеопорозу. Недостаточность марганца фиксируют при различных формах анемии, нарушениях функций воспроизводства, задержке роста, уменьшении массы тела и др.

Избыток марганца усиливает дефицит магния и меди.

Кобальт (Co)

Кобальт – составная часть молекулы витамина В₁₂ (кобаламин), недостаток которого наиболее ощутим в местах деления клеток, например, в кроветворных тканях костного мозга и нервных тканях. Кроме того, организм нуждается в кобальте для включения в фермент глицилглицилиндипептидазу, а также для стимуляции эритропоэза. Наиболее характерными проявлениями дефицита кобальта и его органически связанной формы – витамина В₁₂ – являются анемии (например, анемия Аддисон-Бирмера). При исключительно вегетарианской диете и недостаточном поступлении кобаламина у женщин может нарушаться менструальный цикл, отмечаются дегенеративные изменения в спинном мозге.

При избытке кобальта в организме человека проявляется раздражающее и аллергическое действие нутриента. При таком состоянии могут развиваться аллергические симптомы: бронхиальная астма и аллергодерматозы, а также так называемая «кобальтовая кардиомиопатия».

Медь (Cu)

Дефицит меди отрицательно сказывается на кроветворении, всасывании железа, состоянии соединительной ткани, процессах миелинизации в нервной системе, усиливает предрасположенность к бронхиальной астме, аллергодерматозам, кардиопатиям, витилиго и многим другим заболеваниям, нарушает менструальную функцию женщин.

Повышенное содержание меди в организме отмечался при острых и хронических воспалительных заболеваниях, бронхиальной астме, заболеваниях почек, печени, в том числе у детей, инфаркте миокарда, и некоторых злокачественных новообразованиях.

Избыток меди приводит к дефициту цинка и молибдена.

Цинк (Zn)

Цинк-дефицитные состояния характеризуются наличием таких симптомов, как снижение аппетита, анемия, аллергические заболевания, гиперактивность, дерматит, дефицит массы, снижение остроты зрения, выпадение волос. Специфически снижается Т-клеточный иммунитет, поэтому люди с дефицитом цинка обычно часто и длительно болеют простудными, инфекционными заболеваниями. На фоне дефицита Zn может происходить задержка полового развития у мальчиков и потеря сперматозоидами способности оплодотворения яйцеклетки у мужчин. Роль цинка при алкогольной интоксикации обусловлена его участием в метаболизме алкоголя (молекула алкогольдегидрогеназы содержит 4 атома Zn), поэтому у детей и подростков при дефиците цинка повышается предрасположенность к алкоголизму (Скальный, 1990г).

Дефицит цинка может приводить к усилению накоплению кадмия, свинца, железа и меди.

Избыточное поступление цинка может понизить общее содержание и поступление в организм такого важного элемента, как медь.

Магний (Mg)

Магний, наряду с калием, является основным внутриклеточным элементом. Он активизирует ферменты, регулирующие, в основном, углеводный обмен, стимулирует образование белков, регулирует хранение и высвобождение энергии в АТФ, снижает возбуждение в нервных клетках, расслабляет сердечную мышцу.

Недостаток магния является одним из предрасполагающих факторов развития заболеваний сердечно-сосудистой системы, гипертонической болезни, уролитиаза, судорог у детей, возможно, повышает риск онкологических заболеваний, лучевой болезни.

Содержание магния повышено при гиперфункции паращитовидных, щитовидных желез и нефрокальцинозе, артрите, псориазе, дислексии у детей.

Недостаток магния может вести к сбою в работе некоторых систем и биохимических процессов. Недостаток магния снижает эластичность эритроцитов, что затрудняет их прохождение по капиллярам, нарушая микроциркуляцию и укорачивает жизнь эритроцитов, в результате чего может возникнуть анемия. Недостаток магния ускоряет процесс старения, так как участвует в синтезе ДНК и РНК. Также недостаток этого МКЭ ведет к снижению активности ряда биоэнергетических процессов (цикла трикарбоновых кислот, гликолиз, пентозофосфатный путь превращения глюкозы и т.д.).

Заключение

На протяжении нескольких десятилетий активно изучается качественный и количественный состав МКЭ в различных биологических жидкостях и тканях человека. Полученные результаты имеют важнейшее значение для клиники, т.к. для адекватного лечения многих заболеваний своевременное выявление и устранение дефицита МКЭ играет ключевую роль.

Таким образом, учитывая, что многие МКЭ входят в состав ферментов, катализирующих биохимические реакции в организме человека, важнейшим является не только динамический контроль за уровнем отдельных МКЭ в плазме крови (или других тканях), но и определение активности данных ферментов. Важным компонентом процесса лечения является изучение МКЭ в биологических жидкостях и тканях человека представляется не только актуальным, но и важнейшим компонентом обследования пациентов при различных заболеваниях.

К сожалению, исследование микроэлементов в биологических жидкостях и тканях не является рутинным в клинической практике, а больше носит прикладное значение. В этой связи, при анализе ряда клинических ситуаций, мы утрачиваем полноценный контроль за биохимическими процессами, протекающими в организме человека особенно при тяжелых и угрожающих жизни состояниях. Важнейшим и окончательно не решенным вопросом является выбор тактики коррекции дисбаланса нутриентов у пациентов. Это сложный вопрос, требующий специального обсуждения и дискуссии.

Сложившаяся ситуация указывает на целесообразность создания новых научно обоснованных рационов питания и поиска дополнительных источников микронутриентов для человека. Разработка эффективных методов лечения, синтез новых лекарственных средств также должны учитывать необходимость коррекции дефицита жизненно необходимых для метаболизма веществ.

С этих позиций знание биологической роли микроэлементов в жизнедеятельности человека, выяснение значения их дефицита в развитии различных заболеваний, изучение возможностей адекватного обеспечения макроорганизма незаменимыми биоэлементами – необходимые условия для дальнейшего прогресса в клинической медицине.

Список литературы

1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. – М.: Медицина, 1991. – 496 с.

2. Жаворонков А.А. Цинкдефицитные состояния у человека //Арх. патол. – 1983. – Т. 45. – Вып.9 – С. 77-80.

3. Кошелева Н.Г. Роль дефицита магния в акушерской патологии: профилактика и лечение // Вестник НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О Отта СЗО РАМН.2010.

4. Кудрин А.В., Громова О.А. Микроэлементы в иммунопатологии и онкологии. М.:ГЭОТАР – Медиа, 2007.

5. Мохирева Л.В. Биологическая роль цинка в организме человека // Вестник Первого МГМУ им. И.М Сеченова. 2011.

6. Свиридов С.В. О чем «молчат» микроэлементы // Вестник интенсивной терапии. 2012. №2.

7. Северин Е.С. Биохимия. М.: ГЭОТАР – Медиа, 2007.

8. Скальный А.В. Микроэлементозы человека (диагностика и лечение). Практическое руководство для врачей и студентов медицинских вузов. М.: изд-во КМК. 2001. 2-е изд. 96 с.

9. Скальный А.В. Микроэлементы для Вашего здоровья. М.: "Издательский дом "ОНИКС 21 век". 2003. 238 с.

10. Спасов А.А., Желтова А.А., Харитонова М.В. Магний и окислительный стресс //Российский физиологический журнал им. И.М Сеченова.2012.№7.

11. Хабаров А.А., Новиков Д.А. Магний. Биологическая роль и применение в медицине. Курск, 2005.

12. Хабаров А.А., Булатникова В.А., Кочинова О.Ф. Биологическая роль химических элементов. Курск, 2005.

13. Хабаров А.А., Будко Е.В., Новиков Д.А. Цинк. Биологическая роль и применение его соединений в медицине. Курск, 2005.

14. Baum M.K., Campa A., Lai S. et al. Zinc status in human immunodeficiency virus type 1 infection and illicit drug use // Clin. Infect. Dis. – 2003. – Vol. 37, Suppl. 2. – P. S117-S123.

15. Bhutta Z.A., Black R.E., Brown K.H. et al. Prevention diarrhea and pneumonia by zinc supplementation in children in developing countries: pooled analysis of randomized controlled trials. Zinc Investigators' Collaborative Group // J. Pediatr. – 1999. Vol.135. – P. 689-697.

16. Coleman I.E. Zinc proteins: enzymes, storage proteins, transcription factors, and replication proteins // Annu. Rev. Biochem. – 1992. – Vol. 61. – P. 897-946.

17. Prasad A.S. Clinical, biochemical and nutritional aspects of trace elements. Current topics in nutrition and disease / Ed. A.S Prasad. – Alan R. Liss, Inc., N.Y., 1982. – P.3-63.

18. Микроэлементы// http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_medicine/18885.