медицинский каталог




Химические элементы в физиологии и экологии человека

Автор А.В.Скальный

• постоянно присутствует в организме в количествах, сходных у разных индивидуумов;

• ткани по содержанию данного элемента всегда располагаются в определенном порядке;

Биоэлементы

Органические Неорганические

Макроэлементы Микроэлементы Ультрамикроэлементы

---- — — — г» ""-""I

г —" ' i

Жизненно необходимые Условно необходимые С неустановленной ролью

Са, Mg Fe.Zn, Mn Sr, Cd F (фторид) Cs.AI Li, Bi, Sc

K, Na Cu.Co Ti, Cr Б|(сликат) Pb, В Ga.Ge.Zr

P (фосфат) Цйодид) Ni Br (бромид) Rb Ag.Sn.Sb

S (сульфат) Мо(молибдат) \/(ванадат) Ba, Hg, Re

CI (хлорид) Se (селенит) As(арсенат) Th

Рис. 3. Схема классификации элементов тела с учетом их концентрации и биологической роли в организме, (по В. И. Георгиевский, Б. Н. Анненков, В. Т. Самохин, 1979)

• синтетический рацион, не содержащий этого элемента, вызывает у животных характерные симптомы недостаточности и определенные биохимические изменения в тканях;

• эти симптомы и изменения могут быть предотвращены или устранены путем добавления данного элемента в пищу.

Всем перечисленным требованиям в свете современных данных удовлетворяют 15 элементов, представленных на рис. 3 как «жизненно необходимые» (оговоримся, что речь идет о высших позвоночных животных и человеке). Даже такой элемент, как фтор, обладающий очевидным профилактическим эффектом против кариеса зубов и, по-видимому, способствующий костеобразо-ванию, не включен в эту группу. Дело в том, что до настоящего времени не удалось воспроизвести симптомы недостаточности фтора в эксперименте при содержании на рационе, дефицитном по этому элементу. Необходимо отметить, что воспроизведение пищевой недостаточности иногда затруднительно вследствие чрезвычайно малой потребности организма в изучаемых элементах и наличия их следов в компонентах очищенного рациона (соевом белке, глюкозе, сахарозе, желатине, казеине и пр.).

Среди 15 жизненно необходимых элементов девять являются катионами — это кальций (Са2+), натрий (Na+), калий (К^), магний (Mg2+), марганец (Мп2+), цинк (Zn2+), железо (Fe2+), медь (Си2+) и кобальт (Со2+). Шесть других являются анионами или содержатся в сложных анионных группировках, — хлорид (СГ), йодид (J-), фосфат (Р043~), сульфат (S024~), молибдат (Мо023~) и селенит (Se023~).

Вероятно, что необходимые элементы (или условно эссенциальные) также можно обнаружить в различных биосредах в относительно стабильных количествах, однако они не удовлетворяют всем перечисленным выше требованиям. Участие этих элементов в обменных процессах может ограничиваться отдельными тканями и в ряде случаев требует экспериментального подтверждения.

Что касается элементов, роль которых в организме мало изучена или неизвестна, то многие из них, по-видимому, случайно накапливаются в организме, поступая с пищей и не выполняя какой-либо полезной функции. Однако строго ограничивать группу биогенных элементов тоже нельзя, поскольку возможно открытие биологической роли новых элементов. Например, в последние годы установлена биотическая роль селена, появились экспериментальные и клинические данные об участии в метаболических процессах фтора, хрома, кремния, мышьяка.

Классификация элементов по степени их биогенности, как и две предыдущие, имеет существенные недостатки: она имеет слишком общий вид, не отражает механизма влияния минеральных элементов на организм и не позволяет достаточно точно предвидеть возможную биологическую роль или токсикологический эффект того или иного элемента. В настоящее время исследователи вынуждены давать индивидуальную оценку каждому элементу.

Основу живых систем составляют 6 элементов, так называемых органогенов. К ним относятся углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Органогены по своему содержанию в организме относятся к макроэлементам, составляя 97,4% массы живого организма, и играют важнейшую роль в поддержании жизнедеятельности. Для органогенов характерно образование водорастворимых соединений, что способствует их концентрированию в живых организмах. Разнообразие биомолекул в живых организмах определяется способностью органогенов к образованию множества различных химических связей. Из органогенов, или «органических макроэлементов», в основном состоят углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты.

Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, поддержании постоянства осмотического давления, ионного и кислотно-основного состава. Микроэлементы, входя в состав ферментов, гормонов, витаминов и биологически активных веществ в качестве комплексообразователей или активаторов, участвуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом дыхании, обезвреживании токсических веществ. Микроэлементы активно влияют на процессы кроветворения, окисления-восстановления, проницаемость сосудов и тканей (Ю. А. Ершов с со-авт., 1989).

По данным F. Kieffer (1990) (табл. 4), 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. табл. 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 Ю6 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.

1.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

В ОРГАНИЗМЕ

Минеральные вещества могут взаимодействовать как между собой, так и с другими элементами. Это взаимное влияние типа синергизма или антагонизма осуществляется в самой пище, пищеварительном канале, а также в процессе тканевого и клеточного метаболизма.

С практической точки зрения знание этих закономерностей позволяет предупреждать нежелательные формы взаимодействия и явления так называемой вторичной минеральной недостаточности у млекопитающих.

1.4.1. Взаимодействия между макро-и микроэлементами

Вероятность взаимодействия между минеральными веществами вследствие их лабильности и способности к образованию связей значительно больше, чем между другими питательными веществами (Е. Е. Крисе с соавт., 1986; Ю. А. Ершов, Т. В. Плетенева, 1989; Metal toxicology, 1995).

Что касается синергизма и антагонизма минеральных элементов в организме, то эти понятия в литературе освещены недостаточно.

По-видимому, синергистами можно считать такие элементы, которые (В. В. Ковальский, 1974; В. И. Георгиевский, Б. И. Анненков, В. Г. Самохин, 1979):

а) взаимно способствуют абсорбции друг друга в пищеварительном канале;

б) взаимодействуют в осуществлении какой-либо обменной функции на тканевом и клеточном уровне.

Синергизм минеральных элементов в области желудочно-кишечного канала предполагает возможность следующих механизмов взаимодействия:

• непосредственное взаимодействие элементов (Са и Р, Na и С1, Zn и Мо) когда уровень абсорбции определяется их оптимальным соотношением в рационе и химусе;

• взаимодействие, опосредованное через процессы фосфорилиро-вания в стенке кишечника и активность пищеварительных ферментов (например, влияние Р, Zn, Со на освобождение из корма и абсорбцию других элементов);

• непрямое взаимодействие путем стимуляции роста и активности микрофлоры в желудке и кишечнике.

На уровне тканевого и клеточного метаболизма также возможны разные механизмы синергического взаимодействия:

• прямое взаимодействие элементов в структурных процессах (взаимодействия Са и Р в образовании костей, совместное участие Fe и Си в образовании гемоглобина, взаимодействие Мп и Zn в конформации молекул РНК печени);

• одновременное участие элементов в активном центре какого-либо фермента Fe и Мо в составе ксантин- и альдегид оксид аз, Си и Fe в составе цитохромоксидаз);

• активирование ферментных систем и усиление синтетических процессов, требующих для своего осуществления присутствия других минеральных элементов (активация синтеза ионами Mg++ с последующим включением в синтез Р, S, и других элементов);

• активирование функций эндокринных органов и опосредствованное влияние через гормоны на обмен других макро- или микроэлементов (йод — тироксин — усиление анаболических процессов — задержка калия и магния в организме).

Антагонистами можно считать элементы, которые:

а) тормозят абсорбцию друг друга в пищеварительном канале;

б) оказывают противоположное влияние на какую-либо биохимическую функцию в организме.

В отличие от синергизма, который чаще бывает взаимным, антагонизм может быть либо обоюдным, либо односторонним. Так, фосфор и магний, цинк и медь взаимно тормозят абсорбцию друг друга в кишечнике, а кальций ингибирует абсорбцию цинка и марганца (но не наоборот).

Антагонистические взаимосвязи также предполагают несколько возможных механизмов взаимодействия. В частности, эффект ингибирования абсорбции одних элементов другими в пищеварительном канале может быть обусловлен следующими механизмами:

• простым химическим взаимодействием элементов (образование фосфата магния при избытке последнего в рационе, взаимодействие меди с сульфатом, образование тройной соли Са—Р—Zn при повышенных дозах кальция в рационе);

• адсорбцией на поверхности коллоидных частиц (фиксация Мп и Fe на частицах нерастворимых солей магния или алюминия);

• В, Pb, Т1 и др. на окислительное фосформлирование, сокоотделение и активность ферментов (что ухудшает расщепление кормовых ингредиентов, освобождение и всасывание неорганических ионов);

• конкуренцией за вещество-переносчик ионов в кишечной стенке (например, Со2+—Fe2+).

В процессе тканевого метаболизма, где

страница 4
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Скачать книгу "Химические элементы в физиологии и экологии человека" (6.08Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]


Химический каталог Rambler's Top100

Copyright © 2009
(23.04.2019)