Макро- и микроэлементы и их значение для человека

Макро- и микроэлементы  и их значение для человека

Химические элементы в организме человека

Хорошо  известно, что организмы в своем  составе содержат различные химические элементы. В тоже время, организм человека нуждается в регулярном поступлении  элементов извне, т. е. в химически  сбалансированной пище, так как недостаток или избыток любого из элементов  отрицательно сказывается на здоровье человека. В зависимости от концентрации химического элемента в организме  человека, их условно делят на макро- и микроэлементы.

Из 92 имеющихся в природе  химических элементов 81 присутствует в организме человека. Минеральные вещества входят в состав всех жидкостей и тканей. Регулируя более 50 000 биохимических процессов, они необходимы для функционирования мышечной, сердечно-сосудистой, иммунной, нервной и других систем; принимают участие в синтезе жизненно важных соединений, обменных процессах, кроветворении, пищеварении, нейтрализации продуктов обмена; входят в состав ферментов, гормонов (йод в состав тироксина, цинк – инсулина и половых гормонов), влияют на их активность .

Наличие ряда минеральных  веществ в организме в строго определенных количествах – непременное  условие для сохранения здоровья человека. Важно помнить, что макро- и микроэлементы не синтезируются  в организме, они поступают с  пищевыми продуктами, водой, воздухом. Степень их усвоения зависит от состояния органов дыхания и пищеварения. Обмен минеральных веществ и воды, в которой они растворены, неразделимы, а ключевые элементы депонируются в тканях, по мере необходимости извлекаются в кровь. Совокупность процессов всасывания, распределения, усвоения и выделения находящихся в виде неорганических соединений веществ составляют минеральный обмен.

Минеральные вещества поступают  в организм человека в основном пищевым  путем в неактивном состоянии  и активизируются, образуя различные  соединения с высокомолекулярными  белками. Содержание минеральных веществ  изменяется в зависимости от сезона. Весной уровень макро- и микроэлементов понижается, а в начале осени увеличивается.

Организм здорового человека обладает достаточно четкой системой саморегуляции. При избыточном поступлении макро- и микроэлементов начинает работать система элиминации. В желудочно-кишечном тракте блокируется всасывание элементов с последующим их выведением с калом. Дефект какого-либо звена является причиной избытка или недостатка элемента, либо дисбаланса других биологических веществ (гормонов, витаминов, ферментов), участвующих в сложных процессах регуляции, и проявляется клиническими симптомами.

В зависимости от содержания в организме человека минеральные  вещества подразделяются на макро- и  микроэлементы.

Макроэлементы – вещества, содержание которых превышает 0,01% массы  тела.

Микроэлементы – вещества, концентрация которых в организме  равна или менее 0,01% массы тела (от 0,01 до 0,000000000001%). Микроэлементы с  содержанием ниже 10-5% (золото, ртуть, уран, радий и др.) относят к  ультрамикроэлементам («следовые элементы» (‘trace elements’) в немецкоязычной и англоязычной литературе, «олигоэлементы» – во франкоязычной литературе) . В.И. Вернадский в своих трудах называет их «рассеянными элементами» .

В организме здорового  человека присутствуют 12 макроэлементов (C, H, O, N, Ca, Cl, F, K, Mg, Nа, P, S) и 69 микроэлементов . При этом у взрослого содержание кальция в среднем составляет более 1200г, фосфора – свыше 600г, магния – 20г, железа – 3-5г. В костях скелета сосредоточено 99% всего кальция, 87% фосфора и 58% магния. Хлористого натрия особенно много в подкожной жировой клетчатке, железа – в печени, калия – в мышцах, йода – в щитовидной железе . Ежесуточно взрослому человеку требуется 5г натрия, 2-3г калия, 0,5-1г кальция, 1-2г фосфора, 1г серы, 0,5г магния, 10-30мг железа, 12-16мг цинка, 2-2,5мг меди, 4мг марганца, 1-1,5мг фтора, 0,1-0,2мг йода . Тканевые депо обладают мощными резервами макроэлементов, тогда как тканевые резервы микроэлементов незначительны. Этим объясняются низкие адаптационные возможности организма к дефициту микроэлементов в пище.

По степени значимости для организма человека макро- и  микроэлементы делят на следующие  группы:

• Жизненно важные (эссенциальные) элементы – это все макроэлементы (H, O, N, C, Ca, Cl, F, K, Mg, Na, P, S) и 8 микроэлементов (Cr, Cu, Fe, I, Mn, Mo, Se, Zn);
• Жизненно важные, но способные вызвать патологические изменения в организме, находясь в дозах, превышающих норму (условно эссенциальные) микроэлементы (B, Co, Ge, Li, Si, V);
• потенциально токсичные микроэлементы и ультрамикроэлементы (Ag, As, Au, Br, Ce, Cs, Dy, Er, Eu, Ga, Gd, Hf, Ho, In, Ir, La, Lu, Nb, Nd, Ni, Os, Pd, Pr, Pt, Rb, Re, Rh, Ru, Sb, Sc, Sm, Sn, Sr, Ta, Tb, Te, Th, Ti, Tm, U, W, Y, Yb, Zr);
• токсичные элементы (Al, Cd, Pb, Hg, Be, Ba, Tl, Вi).

Макроэлементы

Макроэлементами принято  считать те химические элементы, содержание в организме которых более 0,005% массы тела. Содержание макроэлементов в организме достаточно постоянно, но даже сравнительно большие отклонения от нормы совместимы с жизнедеятельностью организма. К этой группе относят: водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций. Около 96% от массы тела человека приходится на - водород (H), кислород (O), углерод (C), азот (N). Они поступают в организм преимущественно в связанном виде с пищей, водой, воздухом и участвуют в большинстве химических реакций, протекающих в организме. Кроме того, эти элементы входят в состав белков, жиров и углеводов.

К этой же группе химических элементов относятся кальций (Ca), фосфор (Р), калий (К), натрий (Na), хлор (Cl), магний (Mg) и сера (S). На их долю в сумме приходится около 4 % от массы организма. Их роль сводится к:

• участию в пластических процессах и построении тканей (например, P и Ca - основные структурные компоненты костей);

• поддержанию кислотно-щелочного равновесия и водно- солевого обмена;

• поддержанию солевого состава крови и участию в структуре формирующих ее элементов;

• участию в структуре и функции большинства ферментативных систем и процессов, протекающих в организме.

Микроэлементами называются частицы, содержащиеся в организме  в очень малых количествах. Их содержание не превышает 0,005% массы  тела, а концентрация в тканях - не более 0,000001%. В связи с этим их часто называют "следовыми" химическими  элементами.

Концентрации их таковы, что не поддаются аналитическому определению простыми методами, однако даже если их содержание в пище или  пищевых добавках удается определить, то выяснить их роль в жизненных  процессах гораздо сложнее. Ко всему  прочему, эти элементы из-за их ничтожных  концентраций легко передозировать, что может привести к отравлению организма.

Даже незначительные отклонения содержания микроэлементов от нормы  вызывают тяжелые заболевания. Анализ на содержание отдельных микроэлементов в органах и тканях - чувствительный диагностический тест, позволяющий  обнаруживать и лечить различные  заболевания. Так, снижение содержания цинка в плазме крови - обязательное следствие инфаркта миокарда. Уменьшение содержания лития в крови - показатель гипертонического заболевания.

Макроэлементы сконцентрированы, как правило, в соединительных тканях (мышцы, кости, кровь), входя в состав органических соединений. Они определяют пластический материал основных несущих  тканей, а также обеспечивают поддержку  основных свойств внутренней среды  организма в целом (гомеостаз): значение рН, осмотическое давление, кислотно-щелочное равновесие, устойчивость коллоидных систем в организме.

Среди микроэлементов выделяют особую группу незаменимых микроэлементов - микроэлементы, регулярное поступление  которых с пищей или водой  в организм абсолютно необходимо для нормальной его жизнедеятельности. Незаменимые микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов и других биологически активных веществ. Незаменимыми микроэлементами являются железо (Fe), йод (I), медь (Cu), марганец (Mn), цинк (Zn), кобальт (Co), молибден (Mo), селен (Se), хром (Cr), фтор (F).

Микроэлементы неравномерно распределены между тканями и  часто обладают сродством к определенному  типу тканей и органов. Так, цинк аккумулируется в поджелудочной железе; молибден - в почках; барий - в сетчатке глаза; стронций - в костях; йод - в щитовидной железе.

Железо (Fe) в природе находится в виде минералов - магнитного железняка. Железо входит в состав гемоглобина крови. При недостатке его в пище резко нарушается синтез гемоглобина в крови и формирование железосодержащих ферментов, развивается железодефицитная анемия. В медицине используется для лечения болезней, связанных с нарушением нормального состояния и функций крови и общего питания организма. Как и другие тяжелые металлы, осаждает белки и дает с ними соединения - альбуминаты, поэтому оказывает местное вяжущее действие. Противопоказано при лихорадочном состоянии, заболеваниях желудочно-кишечного тракта, явлениях венозного застоя, органических заболеваниях сердца и сосудов. Железо обладает способностью накапливаться (депонироваться) в организме. Суточная доза железа 18 мг. Железо содержат такие продукты питания как фасоль, гречневая крупа, овощи, печень, мясо, яичные желтки, зелень петрушки, белые грибы, хлебопродукты, а также шиповник, яблоки, абрикосы, вишни, крыжовник, шелковица белая, клубника.

Кальций (Са) является основной составляющей костной ткани, входит в состав крови, играет важную роль в регуляции процессов роста и деятельности клеток всех видов тканей. Усваиваясь с пищей, кальций влияет на обмен веществ и способствует наиболее полному усвоению пищевых веществ. Соединения кальция укрепляют защитные силы организма и повышают его устойчивость к внешним неблагоприятным факторам, в том числе и к инфекциям. Недостаточность кальция сказывается на функции сердечной мышцы и на активности некоторых ферментов. Соли кальция участвуют в процессе свертывания крови. Особенно важен кальций для формирования костей. Макроэлементы - кальций (Са) и фосфор (Р) имеют исключительно большое значение для растущего организма; при недостатке кальция в пище организм начинает расходовать кальций, входящий в состав костей, в результате чего возникают костные заболевания. Кальций достаточно распространенный элемент, он составляет примерно 3,6% массы земной коры, в природных водах есть растворимый гидрокарбонат кальция Са(НСОЗ)2. В природе кальций это известковый шпат (СаСОЗ), фосфорит, апатит, мрамор, известняк, мел, гипс (CaS04, 2H20) и другие минеральные вещества, содержащие кальций. Скелет позвоночных животных состоит главным образом из фосфорнокислого и углекислого кальция. Яичная скорлупа и раковины моллюсков состоят из углекальциевой соли. Суточная потребность в кальции около 1000 мг. Соли кальция применяют при различных аллергических состояниях, повышения свертываемости крови, для понижения проницаемости сосудов при воспалительных и экссудативных процессах, при туберкулезе, рахите, заболеваниях костной системы и т.д. Наиболее полноценными источниками кальция являются молоко и молочные продукты -творог, сыр. Молоко и молочные продукты способствуют усвоению его и из других продуктов. Хорошими источниками кальция являются яичный желток, капуста, соя, шпроты, частиковые рыбы в томатном соусе. Кальций содержится в плодах шиповника, яблони, винограда, клубники, крыжовника, инжира, женьшеня, ежевики сизой, зелени петрушки.

Калий (К) встречается в  природе в виде хлорида калия .Калий входит в состав поливитаминов с микроэлементами в виде сульфата калия и преимущественно применяется при расстройствах обмена веществ. При недостатке калия в организме может возникнуть сердечная аритмия. Калий поддерживает осмотическое давление в крови, оказывает диуретическое действие. Суточная потребность в калие 2500 мг. Калий содержат яблоки, вишни, виноград винный, жень-шень, крыжовник, ананасы, бананы, курага, картофель, фасоль, горох, щавель, крупа, рыба.

Магний (Мд) .В организме обмен фосфора связан, помимо кальция, и с обменом магния. Большая часть магния находится в составе костной ткани. В плазме крови, в эритроцитах и в мягких тканях он в основном содержится в ионизированном состоянии. Магний является составной частью хлорофилла, содержится во всех продуктах растительного происхождения. Этот элемент также является необходимой составной частью животных организмов, но содержится в меньших количествах, чем в растительных (в молоке 0,043%, в мясе 0,013%). Соли магния участвуют в ферментативных процессах. Известно, что диеты с повышенным содержанием солей магния оказывают благоприятное влияние на людей пожилого возраста и лиц с заболеванием сердечно-сосудистой системы, особенно с гипертонической болезнью и атеросклерозом. Магний также нормализует возбудимость нервной системы, обладает спазмолитическим и сосудорасширяющими свойствами и, кроме того, способностью стимулировать перистальтику кишечника и повышать выделение желчи, и держится в ионизированном состоянии находится в составе костной ткани. Суточная потребность в магнии 400 мг.Как микроэлемент, магний содержится в плодах шиповника коричного, вишни обыкновенной, винограде, инжире, крыжовнике, фасоли, овсяной и гречневой крупах, горохе. Мясные и молочные продукты характеризуются низким содержанием магния.

Натрий (Na) .Источником натрия для человеческого организма служит поваренная соль. Значение ее для нормальной жизнедеятельности очень велико. Она участвует в регуляции осмотического давления, обмена веществ, в поддержке щелочно-кислотного равновесия. За счет поваренной соли, находящейся в пище, восполняется расход хлорида натрия, входящего в состав крови и соляной кислоты желудочного сока. На выделение хлористого натрия из организма, а, следовательно, и на потребность в нем влияет количество солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и усиливает выделение хлористого натрия, повышая потребность в нем. Суточная доза натрия 4000 мг. Взрослый человек ежедневно потребляет до 15 г поваренной соли и столько же выделяют ее из организма. Количество поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в день. На выделение хлористого натрия из организма, а следовательно, и на потребность в нем, влияет количество солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и усиливает выделение хлористого натрия, повышая потребность в нем. Много натрия, по сравнению с другими растительными продуктами, содержится в ежевике сизой, крыжовнике. Натрий и калий находятся во всех растительных и животных продуктах. В растительных продуктах больше калия, в животных больше натрия. Кровь человека содержит 0,32% натрия и 0,20% калия.