Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) - химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Биологически значимые элементы классифицируют на:
- макроэлементы (содержание которых в живых организмах составляет больше 0,01 %)
- микроэлементы (содержание менее 0,001 %).
Макроэлементы
Эти элементы слагают плоть живых организмов. К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей.
Биогенные элементы:
- Кислород - 65%
- Углерод - 18%
- Водород - 10%
- Азот - 3%
Эти макроэлементы называют биогенными (органогенными) элементами или макронутриентами (англ. macronutrient). Из макронутриентов преимущественно построены такие органические вещества, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Для обозначения макронутриентов иногда используют акроним CHNO, состоящий из обозначений соответствующих химических элементов в таблице Менделеева.
Другие макроэлементы
- Калий
- Кальций
- Магний
- Натрий
- Фосфор
Микроэлементы
Термин «микроэлементы» получил особое распространение в медицинской, биологической и сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века. В частности, для агрономов стало очевидным, что даже достаточное количество «макроэлементов» в удобрениях (троица NPK - азот, фосфор, калий) не обеспечивает нормального развития растений.
Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг. В последнее время стал использоваться заимствованный из европейских языков термин микронутриент (англ. micronutrient).
Поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма предусматривает в первую очередь поддержание качественного и количественного содержания минеральных веществ в тканях органов на физиологическом уровне.
Основные микроэлементы
По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений, животных и человека. Среди них (в алфавитном порядке):
- Железо
- Кобальт
- Марганец
- Молибден
- Селен
Чем меньше концентрация соединений в организме, тем труднее установить биологическую роль элемента, идентифицировать соединения, в образовании которых он принимает участие. К числу несомненно важных относят бор, ванадий, кремний и др.
Совместимость микронутриентов
В процессе усвоения организмом витаминов, микроэлементов и макроэлементов возможен антагонизм (отрицательное взаимодействие) или синергизм (положительное взаимодействие) между разными компонентами.
Подробнее про совместимость микронутриентов ЗДЕСЬ:
Недостаток микроэлементов в организме
Основные причины, вызывающие недостаток минеральных веществ:
- Неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода.
- Геологические особенности различных регионов земли - эндемические (неблагоприятные) районы.
- Большая потеря минеральных веществ по причине кровотечений, болезнь Крона, язвенный колит.
- Употребление некоторых лекарственных средств, связывающих или вызывающих потерю микроэлементов.
Микроэлементоз
Все патологические процессы, вызванные дефицитом, избытком или дисбалансом микроэлементов, получили название - микроэлементоз
Основные свойства минералов
Минеральные вещества-макроэлементы
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Минеральные вещества-микроэлементы
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* - Средняя суточная потребность для взрослых: мужчины и женщины в возрасте от 25 до 51 года. В таблице приведены нормы, рекомендуемые Немецким обществом нутрициологов (Deutsche Gesselschaft fur Ernahrung - DGE).
** - В таблице приведены дозы, рекомендуемые отделом по пищевым продуктам и питанию (Food and Nutrition Board - FNB) Института медицины США и Научным комитетом по пищевым продуктам (Scientific Commitee on Food - SCF) Европейского союза.
Существуют различные классификации химических элементов, содержащихся в организме человека. Так, В. И. Вернадский в зависимости от среднего содержания (массовой доли га, %) в живых организмах делил элементы по декадной системе. Соответственно этой классификации (табл. 5.2) элементы, содержащиеся в живых организмах, делят на три группы:
Макроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме выше 10~ 2 %. К ним относятся кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, натрий и хлор.
Микроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме находится в пределах от 10~ 3 до 10~ 5 %. К ним относятся иод, медь, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, кобальт.
Ультрамикроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме ниже 10~ 5 %. К ним относятся ртуть, золото, уран, торий, радий и др.
В настоящее время ультрамикроэлементы объединяют с микроэлементами в одну группу. В табл. 5.3 приведены уточненные данные по содержанию химических элементов в организме человека. Однако эта классификация отражает только содержание элементов в живых организмах, но не указывает на биологическую роль и физиологическое значение того или иного элемента.
В. В. Ковальский, исходя из значимости для жизнедеятельности, подразделил химические элементы на 3 группы.
Жизненно необходимые (незаменимые) элементы. Они постоянно содержатся в организме человека, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов: Н, О, Са, N. К, Р, N3, 5, Мд,С1, С, I, Мп, Си, Со, Ре, 2п, Мо, V. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.
Примесные элементы. Эти элементы постоянно содержатся в организме животных и человека: Оа, 5Ь, 5г, Вг, Р, В, Ве, Ы, 51, 5п, Сз, А1, Ва, <3е, Аз, КЬ, РЬ, Ка, В1. Си, Сг, N1, "Л, Ад, ТЬ, Н§, У, 5е. Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна.
Примесные элементы (5с, Т1, 1п, Ьа, Рг, 5т, \№\ Ке, ТЬ и др.). Обнаружены в организме человека и животных. Данные о количестве и биологическая роль не выяснены.
Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называют биогенными элементами.
Точно перечислить все биогенные элементы в настоящее время еще невозможно из-за сложности определения очень низких концентраций микроэлементов и установления их биологических функций. Для 24 элементов биогенность установлена надежно. Это элементы 1-й и некоторые элементы 2-й групп по Ковальскому.
5.3. Топография важнейших биогенных элементов в организме человека.
Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, т. е. микро- и макроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо (запасником) для многих микроэлементов.
Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, иод - в щитовидной, фтор - в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден - в почках, олово - в тканях кишечника, стронций - в предстательной железе, костной ткани, барий - в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром - в гипофизе и т. д. Данные по распределению (топографии) некоторых макро- и микроэлементов в организме человека приведены на рис. 5.4.
В организмах микроэлементы могут находиться как в связанном состоянии, так и в виде свободных ионных форм. Установлено, что кремний, алюминий, медь и титан в тканях головного мозга находятся в виде комплексов с белками, тогда как марганец - в ионном виде.
Водород и кислород - макроэлементы. Они входят в состав воды, которой в организме взрослого человека в среднем содержится около 65%. Вода неравномерно распределена по органам, тканям и биологическим жидкостям человека. Так, в желудочном соке, слюне, плазме крови, лимфе вода составляет от 99,5 до 90 %. В моче, сером веществе головного мозга, почках - 80%, в белом веществе головного мозга, печени, коже, спинном мозге, мышцах, легких, сердце - 70-80%. Меньше всего - 40 % воды содержится в скелете.
Макроэлементы - углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор - входят в состав белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений организма. Содержание углерода в белках составляет от 51 до 55%, кислорода - от 22
до 24 %, азота - от 15 до 18 %, водорода от 6,5 до 7 %, серы -от 0,3 до 2,5%, фосфора - около 0,5%. О содержании белков в различных тканях и органах животных и человека, а следовательно, и о примерном содержании элементов С, Н, N. 8, Р можно судить на основании данных, приведенных в табл. 5.4.
Как следует из табл. 5.4, максимальное количество белков (~80%) содержится в селезенке, легких, мышцах, минимальное (~25%) - в костях и зубах.
Углерод, водород и кислород входят также в состав углеводов, содержание которых в тканях животных невелико - примерно 2%. Эти элементы входят в состав липидов (жиров). Кроме того, в состав фосфолипидов входит фосфор в виде фосфатных групп. В наибольшей степени липиды концентрируются в головном мозге (12%), а затем в печени (5%), молоке (2-3%) и сыворотке крови (0,6%). Однако основная часть фосфора - 600 г - содержится в костной ткани. Это составляет 85 % от массы всего фосфора, находящегося в организме человека. Концентрируется фосфор и в твердых тканях зубов, в состав которых он входит вместе с кальцием, хлором, фтором в виде гид-роксил-, хлор-, фторапатитов общей формулы Са5(РО 4)зХ, где X = ОН, С1, Р соответственно.
Кальций преимущественно концентрируется в костной ткани, а также и в зубной ткани. Натрий и хлор в основном содержатся во внеклеточных жидкостях, а калий и магний - во внутриклеточных. В виде фторидов натрий и калий входят в состав костной и зубной ткани. Магний в виде фосфата М§з(РО 4)2 содержится в твердых тканях зуба.
Десять металлов, жизненно необходимых для живого организма, получили название «металлы жизни». Так, установлено, что в организме человека массой 70 кг содержание «металлов жизни» составляет (в г): кальция-1700, калия - 250, натрия - 70, магния - 42, железа - 5, цинка - 3, меди - 0,2, марганца, молибдена и кобальта, вместе взятых, - менее 0,1. В теле взрослого человека содержится около 3 кг минеральных солей, причем 5 / 6 этого количества (2,5 кг) приходится на долю костных тканей.
Некоторые макроэлементы (магний, кальций) и большинство микроэлементов содержатся в организме в виде комплексов с биолигандами - аминокислотами, белками, нуклеиновыми кислотами, гормонами, витаминами и т. д. Так, ион Ре 2+ в качестве комплексообразователя входит в состав гемоглобина, Со 2+ - в витамин В12, М§[ 2+ - в хлорофилл. Известны многочисленные биокомплексы и других элементов (Си, 2п, Мо и др.), играющие важную биологическую роль в организме.
На изменение содержания химических элементов в организме влияют различные заболевания. Так, при рахите происходит нарушение фосфорно-кальциевого обмена, что приводит к снижению содержания кальция. При нефрите из-за нарушения электролитного обмена уменьшается содержание кальция, натрия, хлора и повышается содержание магния, калия в организме.
В поддерживании определенного содержания макро- и микроэлементов в организме участвуют гормоны.
И это вовсе не образное сравнение. На самом деле нам действительно необходимы многие элементы из таблицы Менделеева, вернее, макроэлементы и микроэлементы.
Макроэлементы содержатся в количествах, измеряемых десятками и сотнями миллиграммов на 100 г живой ткани или продукта. Это кальций, фосфор, калий, магний, натрий, хлор, сера.
Микроэлементы присутствуют в концентрациях, выраженных в микрограммах (тысячной доле миллиграмма). Специалисты считают необходимыми для жизнедеятельности человека 14 микроэлементов: железо, медь, марганец, цинк , кобальт, йод , фтор, хром, молибден, ванадий, никель, олово, кремний, селен . Поговорим об основных из них.
Еще египтяне в далекой древности использовали цинковую мазь для быстрого заживления ран. Первые цинкодефицитные состояния были описаны в 1961 году. Люди, страдающие этими состояниями, были похожи на апатичных карликов с кожей, покрытой сыпью, недоразвитыми половыми органами, увеличенными печенью и селезенкой.
Вопреки распространенному тогда мнению, что в этом виновата наследственность, доктор Прасад попробовал лечить этих больных солями цинка и получил хорошие результаты!
Исследования в этой области принесли немало открытий об этом «чудесном элементе», как его тогда стали называть.
Оказывается, цинк играет важную роль в процессах образования костей и быстрого заживления ран и язв. Но этим его замечательные свойства не исчерпываются. Цинк необходим для развития мозга, делает нас устойчивыми к стрессам и простудным заболеваниям, удлиняет влияние инсулина и требуется в начальный период полового созревания. У мужчин дефицит цинка может привести к бесплодию.
Запасы цинка в организме невелики – около 2 г. Он содержится во всех органах и тканях, но больше всего цинка находят в мышцах, печени , почках, предстательной железе, коже.
На заметку
Цинк оказывает влияние на активность половых и гонадотропных гормонов гипофиза. Увеличивает активность ферментов – фосфатаз кишечной и костной, катализирующих гидролиз. Цинк участвует также в жировом, белковом и витаминном обмене, в процессах кроветворения.
При недостатке цинка дети отстают в развитии, страдают гнойничковыми заболеваниями кожи и слизистых оболочек.
Человек в сутки должен получать 13–14 мг цинка.
В числе источников цинка – овсяные хлопья, хлеб из муки грубого помола, грибы, чеснок, сельдь и макрель, семена подсолнечника, тыквы, грецкие орехи и фундук.
Фрукты и овощи бедны цинком, так что вегетарианцы и люди, исключающие из своей диеты мясо, рыбу и яйца, рискуют остаться без достаточного количества цинка.
Долгое время селен считался ядом. Лишь в 1950-х годах было установлено, что этот микроэлемент предупреждает развитие некрозов в печени у крыс. Дальнейшие исследования показали, что при дефиците селена страдают сердце , сосуды и печень, также развивается дистрофия поджелудочной железы.
Установлено, что у больных раком отмечается очень низкое содержание селена в крови. Было доказано, что чем выше уровень селена в организме, тем менее злокачественными были опухоли, они реже давали метастазы. По некоторым данным, смертность от лимфом, рака пищеварительных органов, рака легких и молочных желез существенно меньше в регионах с высоким и средним содержанием селена в почве. Но вреден и переизбыток селена в окружающей среде. Например, при высоком содержании селена в питьевой воде нарушается формирование эмали. Наиболее типичным симптомом селенового токсикоза является поражение ногтей и волос, появляются желтушность, артриты , анемия .
На заметку
Присутствие селена в организме оказывает антиоксидантное действие, замедляя старение, способствует предупреждению роста аномальных клеток, укрепляет иммунную систему .
Селен необходим для образования белков, он поддерживает нормальную работу печени, щитовидной железы, поджелудочной железы.
Селен является одним из компонентов спермы, важным для поддержания репродуктивной функции.
При дефиците селена в организме усиленно накапливаются мышьяк и кадмий, которые, в свою очередь, усугубляют дефицит селена.
Ежедневно нам требуется всего лишь 0,00001 г селена.
Селеном богаты продукты моря: сельдь, кальмары, креветки, лангусты, омары. Содержится он в субпродуктах, яйцах.
Из продуктов растительного происхождения селен есть в пшеничных отрубях, проросших зернах пшеницы, зернах кукурузы, помидорах, дрожжах, чесноке и грибах, оливковом масле, кешью и миндале.
Надо учесть, что много селена теряется при кулинарной обработке продуктов.
Хром, так же как и селен, долгое время считался вредным для человеческого организма. И только в 1960-х годах была доказана его необходимость для живых организмов. Оказывается, все дело в дозе.
При недостаточности хрома отмечаются снижение толерантности к глюкозе, повышение концентрации инсулина в крови, появление глюкозы в крови. А также повышение концентрации триглицеридов и холестерина в сыворотке крови, приводящее к увеличению числа атеросклеротических бляшек в стенке аорты. Дефицит этого микроэлемента может привести к инфарктам и инсультам.
На заметку
Хром является постоянной составной частью всех органов и тканей человека.
Хром оказывает действие на процессы кроветворения, выработку инсулина, углеводный обмен и энергетические процессы.
При хроническом отравлении хромом наблюдаются головные боли , исхудание, воспалительные изменения слизистой желудка и кишечника. Хромовые соединения вызывают различные кожные заболевания.
Потребность человека в этом микроэлементе колеблется от 50 до 200 мкг. В то же время в общепринятой диете содержится в полтора-два раза меньше хрома, а в питании пожилых людей – и того меньше.
Хром всасывается в основном в толстой кишке, причем его усвоение не превышает 0,7 % от поступившего с пищей количества.
На всасывание хрома влияет достаточное содержание в рационе железа и цинка.
Хром необходим больным сахарным диабетом и атеросклерозом, так как снижает уровень сахара и триглицеридов в крови.
Источники хрома: телячья печень, черный перец, пивные дрожжи, проросшие зерна пшеницы, хлеб из муки грубого помола, гречневая крупа, зеленый горошек, вишня, картофель, кукуруза, черника.
Сахар усиливает потери многих микроэлементов, в том числе и хрома.
Можно сказать, что это просто жизненно необходимый элемент для организма человека в малых дозах и угроза для жизни, если речь идет о больших дозах железа. От недостатка в организме железа возникает одно из самых распространенных в мире заболеваний – анемия. По данным ВОЗ, от дефицита железа страдают около двух миллиардов человек на земле!
Такой дефицит наступает, когда потребность в железе больше, чем поступление его с пищей. Потери железа происходят в основном в результате физиологических кровотечений (например, менструаций) или возникающих вследствие различных заболеваний, главным образом желудочно-кишечного тракта (например, геморроя).
Недостаток железа также возникает в период интенсивного роста детей и подростков, а также в период беременности или кормления грудного ребенка.
Важность железа для организма обусловлена тем, что оно участвует практически во всех реакциях, связанных с дыханием. Железо в составе гемоглобина крови переносит кислород, в составе миоглобина обеспечивает снабжение кислородом всех мышц, в том числе и мышцу сердца. Кроме того, железо участвует в «сжигании» пищи, дающем человеку энергию.
Недостаток железа серьезно сказывается на общем состоянии организма: нарушается сон , снижаются работоспособность, аппетит, устойчивость к инфекционным заболеваниям, появляются слабость, недомогание, головокружение, одышка, раздражительность. У детей снижается способность к обучению.
Встречаются также и состояния, связанные с избыточным содержанием железа в организме, – сидероз или гиперсидероз. К их ранним симптомам относится увеличение печени, затем присоединяются сахарный диабет и прогрессирующее потемнение кожи. Сидероз также может быть наследственным и развиваться при хроническом алкоголизме.
На заметку
Железо является составной частью гемоглобина, сложных железобелковых комплексов и ряда ферментов, усиливающих процессы дыхания в клетках. Железо стимулирует кроветворение.
При дефиците железа в организме ухудшается клеточное дыхание, что ведет к дистрофии тканей и органов. Выраженный дефицит железа ведет к гипохромной анемии.
Развитию железодефицитных состояний способствует недостаток в питании животных белков, витаминов , кроветворных микроэлементов. Дефицит железа также возникает при острых и хронических кровопотерях, заболеваниях желудка и кишечника.
В теле человека в среднем находится от 3 до 5 г железа, причем 75–80 % этого количества приходится на железо гемоглобина, 20–25 % являются резервными, остальная его часть входит в состав миоглобина, один процент содержится в дыхательных ферментах, катализирующих процессы дыхания в клетках и тканях.
Следует иметь в виду, что железо из животной пищи усваивается в несколько раз лучше, чем из растительной.
Для восполнения железа нужно включать в меню печень, почки, язык, кальмары, мидии, морскую рыбу, петрушку, укроп, овсяную и гречневую крупы, пекарские и пивные дрожжи, плоды шиповника и отвар из них, яблоки, груши, томаты, свеклу, шпинат.
Первые данные о том, что йод является необходимым компонентом щитовидной железы, были получены еще в конце XIX века, когда было установлено, что основным йодосодержащим белком щитовидной железы является тироглобулин. Дальнейшие исследования показали, что йод активно участвует в функции щитовидной железы, обеспечивая образование ее гормонов.
Эти гормоны регулируют обмен веществ, в частности энергетические процессы и теплообмен. Тиреоидные гормоны участвуют также в регуляции функции сердечно-сосудистой системы, они важны и для развития центральной нервной системы, для роста организма и его устойчивости к неблагоприятным факторам внешней среды.
При недостаточном потреблении йода возникает заболевание щитовидной железы – эндемический зоб .
По данным ВОЗ, на земном шаре насчитывается около 400 млн больных эндемическим зобом. Как правило, в зонах проживания большинства таких больных наблюдается недостаточность йода в почве. Районами эндемии являются верховья Волги, Урал, Северный Кавказ, Алтай, ряд районов Забайкалья и Дальнего Востока.
На заметку
Йод входит в состав всех растений. Некоторые морские растения также обладают способностью концентрировать йод.
Общее количество йода в организме около 25 мг, из них 15 мг находится в щитовидной железе. Значительное количество йода содержится в печени, почках, коже, волосах, ногтях, яичниках и предстательной железе.
Йод участвует в образовании гормона щитовидной железы – тироксина.
У детей недостаток йода сопровождается резкими изменениями всей структуры тела: ребенок перестает расти, задерживается его умственное развитие.
Избыток йода в организме может наблюдаться при гипертиреозе.
Суточная потребность в йоде взрослого человека – 100–150 мкг. Потребность в йоде повышается у беременных, кормящих грудью женщин.
Йод поступает в организм как с пищевыми продуктами, так и с воздухом и водой.
Особенно богаты йодом морские продукты: рыба, рыбий жир, морская капуста, креветки, кальмары. Хорошим источником йода являются молочные продукты, пшено, гречневая крупа, картофель, некоторые овощи и фрукты (например, морковь, лук, свекла).
При варке мяса и рыбы теряется половина йода, при кипячении молока – его четвертая часть. При варке картофеля в измельченном виде – 50 %, а целыми клубнями – 30 %.
Необходимость кобальта для человека была установлена благодаря братьям нашим меньшим.
Его соли применяли для лечения рогатого скота в случае потери аппетита, истощения, выпадения шерсти, замедления роста и при неврологических расстройствах. Это дало толчок к изучению кобальтовой недостаточности и у человека. Оказалось, что кобальт – один из микроэлементов, жизненно важных для организма. Он входит в состав витамина В12 (кобаламина).
Кобальт участвует в кроветворении, функциях нервной системы и печени, ферментативных реакциях.
Концентрация кобальта в пищевых продуктах зависит от сезона года (его больше в свежих овощах), а также от его содержания в почве различных географических зон. Установлено, что при его низком содержании в почве увеличивается количество заболеваний эндокринной системы и системы кровообращения.
На заметку
Кобальт оказывает существенное влияние на процессы кроветворения. Это его действие наиболее выражено при достаточно высоком содержании в организме железа и меди. Также кобальт активирует ряд ферментов, усиливает синтез белков, участвует в выработке витамина В12 и в образовании инсулина.
Суточная потребность человека в кобальте – 0,007–0,015 мг.
При недостатке кобальта развивается акобальтоз, который проявляется в виде анемии, исхудания, потери аппетита.
При достаточном содержании в пище овощей и фруктов организм человека обычно не испытывает недостатка в кобальте.
Кобальт содержится в мясе и субпродуктах, молочных продуктах, гречневой и пшенной крупах, морской рыбе, пивных дрожжах, листовых овощах, землянике, клубнике, шиповнике, черемухе, свекле, горохе, твороге, яйцах.
Калий играет важную роль во внутриклеточном обмене, в регуляции водно-солевого обмена, осмотического давления, кислотно-щелочного состояния организма. Он необходим для нормальной деятельности мышц, в том числе и сердца. Одно из важнейших свойств калия – выведение из организма воды и натрия. Он также участвует в важнейших обменных процессах и активирует ряд ферментов.
На заметку
Калий необходим для избавления от шлаков, лечения аллергии.
Недостаток калия проявляется в замедлении роста организма и нарушении половых функций, мышечных судорогах, перебоях в работе сердца.
Избыток калия может привести к дефициту кальция.
Больше всего калия поступает с растительными продуктами, мясом и морской рыбой. Богаты калием субпродукты, семена подсолнечника и тыквы, орехи, черемуха, черная смородина, пивные дрожжи, листья мяты и березы, овсяная, пшенная, перловая и гречневая крупы, чернослив, томаты, абрикосы, кукуруза, картофель, морковь, капуста.
Общее количество кальция в организме составляет около 2 % массы тела, причем 99 % его содержится в костной ткани, дентине и эмали зубов. Поэтому естественно, что кальций играет важную роль в формировании костей, особенно у детей.
Кальций участвует во всех жизненных процессах организма. Соли кальция – постоянная составная часть крови, клеточных и тканевых жидкостей. Кальций также влияет на процессы сократимости мышц, участвует в процессе свертываемости крови и уменьшает проницаемость стенок сосудов, влияет на кислотно-щелочное состояние организма, активизирует ряд ферментов, воздействует на функции эндокринных желез.
Кальций относится к трудноусвояемым элементам. Отрицательное влияние на всасывание кальция оказывают отдельные кислоты, которые образуют с кальцием нерастворимые и совершенно неусвояемые соединения.
Абсорбция кальциевых соединений происходит в верхней части тонкого кишечника, главным образом в двенадцатиперстной кишке. Здесь на всасывание оказывают большое влияние желчные кислоты.
При недостатке кальция наблюдаются: тахикардия, аритмия, боли в мышцах, рвота, запоры, почечная или печеночная колика. Отмечаются повышенная раздражительность, дезориентация, потеря памяти. Делаются грубыми и выпадают волосы, грубеет кожа, становятся ломкими ногти , а на эмали зубов появляются ямки.
На заметку
На усвояемость кальция влияет белок. При высокобелковом рационе всасывается около 15 % кальция, а при низкобелковом рационе усваивается около 5 %.
Выделение кальция организмом усиливает кофе.
Стресс может уменьшить способность усваивать кальций из желудочно-кишечного тракта.
Суточная норма кальция – как минимум 1 г.
Кальций содержится в мягких костях лосося и сардин, орехах, пшеничных отрубях, мясе и субпродуктах, листовых овощах, цветной и белокочанной капусте, брокколи, яичных желтках, твороге, моркови, петрушке, молоке и сыре, а также в подорожнике, пустырнике, хрене, чистотеле и белой шелковице.
Известно, что магний снижает содержание холестерина в крови. Было доказано, что ион магния может также предупреждать и отложение холестерина на стенках кровеносных сосудов. Для того чтобы снизить уровень холестерина, рекомендуется дополнить диету магнием, витамином В6, холином и инозитолом.
Ученые также установили, что магний предупреждает образование камней в почках, понижает возбудимость нервной системы, нормализует деятельность мышц, регулируя процессы нейромышечной возбудимости. Ионы магния участвуют в процессах углеводного и фосфорного обменов, обладают антиспастическим и сосудорасширяющим действием, стимулируют перистальтику кишечника и желчевыделение, участвуют в реакциях иммунитета, влияя на процессы биосинтеза белка.
При недостатке магния возможно развитие самых разнообразных внешних проявлений: от внезапных головокружений, потери равновесия, мерцающих точек перед глазами до подергивания век, покалывания и деревенения мышц, выпадения волос и ломкости ногтей. Первые симптомы дефицита магния – быстрая утомляемость, частые головные боли, повышение чувствительности к изменениям погоды. Затем может усилиться сердцебиение, развиваются бессонница, усталость даже после долгого сна, плаксивость, появляются острые боли в желудке, ощущение тяжести в теле.
На заметку
Магний является необходимой составной частью всех клеток и тканей, участвуя вместе с ионами других элементов в сохранении ионного равновесия жидких сред организма; входит в состав ферментов, связанных с обменом фосфора и углеводов; активирует фосфатазу плазмы и костей и участвует в процессе нервно-мышечной возбудимости.
Избыток магния оказывает в основном слабительный эффект.
Магний поступает в организм с пищей, водой и солью. Особенно богата магнием растительная пища – проросшие зерна пшеницы, хлеб с отрубями, крупы, миндаль, орехи, темно-зеленые овощи, чернослив, черная смородина, шиповник. Он также содержится и в морской рыбе, мясе и субпродуктах, молоке и сыре.
Обмен фосфора тесно связан с обменом кальция. В организме человека массой 70 кг содержится около 700 г фосфора. Биологическая роль фосфатов чрезвычайно велика. Они обеспечивают течение обменных процессов, участвуя в переносе энергии.
С участием фосфорной кислоты в организме осуществляется обмен углеводов. Фосфорная кислота также участвует в построении многочисленных ферментов (фосфатаз) – главных двигателей химических реакций клеток. Из фосфорнокислых солей состоит ткань нашего скелета.
В организм человека фосфор поступает с растительной и животной пищей, а его всасывание происходит при участии фермента щелочной фосфатазы, активность которой повышает витамин В.
Потребность организма в фосфоре зависит от количества белков, жиров, углеводов и кальция, поступающих с пищей. При недостаточном поступлении белков резко увеличивается потребность в фосфоре.
На заметку
При недостатке фосфора отмечаются рахит, пародонтоз.
Наибольшее количество фосфора содержится в молочных продуктах, особенно в сырах, а также в яйцах и яичных продуктах. Важнейшими источниками фосфора являются мясо и рыба, а также икра и рыбные консервы. Высоким содержанием фосфора отличаются бобовые – фасоль и горох.
Минеральные вещества (минералы) - природные вещества, приблизительно однородные по химическому составу и физическим свойствам, входящие в состав горных пород, руд, метеоритов (от латинского minera - руда).Минеральные вещества наряду с белками, жирами, углеводами и витаминами являются жизненно важными компонентами пищи человека, необходимыми для построения структур живых тканей и осуществления биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма. Минеральные вещества участвуют в важнейших обменных процессах организма: водно-солевом и кислотно-щелочном. Многие ферментативные процессы в организме невозможны без участия тех или иных минеральных веществ.
Организм человека получает эти элементы из окружающей среды, пищи и воды.
Количественное содержание того или иного химического элемента в организме определяется его содержанием во внешней среде, а также свойствами самого элемента, с учетом растворимости его соединений.
Впервые научные основы учения о микроэлементах в нашей стране обосновал В. И. Вернадский (1960). Фундаментальные исследования были проведены А.П. Виноградовым (1957) – основоположником учения о биогеохимических провинциях и их роли в возникновении эндемических заболеваний человека и животных и В.В. Ковальским (1974) – основоположником геохимической экологии и биогеографии химических элементов.
В настоящее время из 92 встречающихся в природе элементов 81 химический элемент обнаружен в организме человека.
Минеральные вещества составляют значительную часть человеческого тела по массе (в среднем в организме около 3 кг золы). В костях минеральные вещества представлены в виде кристаллов, в мягких тканях - в виде истинного либо коллоидного раствора в соединении главным образом с белками.
Для наглядности можно привести такой пример: в организме взрослого человека содержится около 1 кг кальция, 0,5 кг фосфора, по 150 г калия, натрия и хлора, 25 г магния, 4 г железа.
Все химические элементы можно разбить на группы:
1. 12 структурных элементов, это – углерод, кислород, водород, азот, кальций, магний, натрий, калий, сера, фосфор, фтор и хлор.
2. 15 эссенциальных (жизненно необходимых) элементов - железо, йод, медь, цинк, кобальт, хром, молибден, никель, ванадий, селен, марганец, мышьяк, фтор, кремний, литий.
3. 2 условно-необходимых элемента – бор и бром.
4. 4 элемента являются серьезными «кандидатами на необходимость» - кадмий, свинец, алюминий и рубидий.
5. Остальные 48 элементов менее значимы для организма.
Традиционно все минеральные вещества делят на
две группы
по содержанию их в организме человека.
Химические вещества при всей своей важности и необходимости для организма человека могут оказывать и отрицательное влияние на растения, животных и человека, если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы. Кадмий, олово, свинец и рубидий считаются условно необходимыми, т.к. они, по всей видимости, не очень важны для растений и животных и опасны для здоровья человека даже при относительно низких концентрациях. Биологическая роль некоторых микроэлементов еще не достаточно изучена.
Любая патология, любое отклонение в здоровье биологического организма обуславливается либо дефицитом жизненно необходимых (эссенциальных) элементов, либо избытком как эссенциальных, так и токсичных микроэлементов. Такой дисбаланс макро- и микроэлементов получил свое объединяющее название «микроэлементозы».
Минеральные вещества не обладают энергетической ценностью, как белки, жиры и углеводы. Однако без них жизнь человека невозможна. Так же, как и при недостатке основных пищевых веществ или витаминов, при дефиците минеральных веществ в организме человека возникают специфические нарушения, приводящие к характерным заболеваниям.
Микроэлементы и витамины в некотором смысле даже более важны, чем питательные вещества, ибо без них последние не будут правильно усваиваться организмом.
Влияние минеральных веществ на организм человека.
Особенно важны минеральные вещества детям, в период интенсивного роста костей, мышц, внутренних органов. Естественно, беременные женщины и кормящие матери нуждаются в повышенном потреблении минеральных веществ. С возрастом потребность в минеральных веществах снижается.
Действие на организм человека тяжелых металлов.
В последние годы выделяют отдельно действие на организм человека тяжелых металлов. Тяжелые металлы– это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Появление в литературе термина «тяжелые металлы» было связано с проявлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов.
Уже сейчас во многих регионах мира окружающая среда становится все более «агрессивной» с химической точки зрения. В последние десятилетия основными объектами биогеохимических исследований стали территории промышленных городов и прилегающих к ним земель, особенно если на них выращиваются, а затем используются в пищу сельскохозяйственные растения.
Влияние микроэлементов на жизнедеятельность животных и человека активно изучается и в медицинских целях. В настоящее время выявлено, что многие заболевания, синдромы и патологические состояния вызваны дефицитом, избытком или дисбалансом микроэлементов в живом организме.
Ниже представлены современные научные данные о биологической роли изученных химических элементах, их метаболизме в организме человека, суточных нормах потребления, содержании химических веществ в продуктах питания. Представлены данные о дефицитных состояниях, развивающихся при недостаточном потреблении данных химических веществ, а также реакция организма на избыточное потребление нутриентов.
Минеральные вещества участвуют в построении человеческого тела: они обеспечивают структуру костей и являются регуляторами многих физиологических процессов. Без них невозможна нормальная работа нервной, сердечно- сосудистой, пищеварительной и других систем. Они влияют на защитные реакции организма, его иммунитет. Без их участия не могут происходить процессы кроветворения и свёртывания крови. Они входят в состав ферментов и витаминов, активизируя их действие.
Минеральные вещества подразделяются на макро- и микроэлементы. К макроэлементам, содержание которых составляет десятки и сотни миллиграммов в 100 г продукта, относятся кальций, фосфор, магний, калий, натрий, хлор и сера. Микроэлементы содержатся в продуктах в очень малых количествах, выражаемых долями миллиграммов. Необходимыми для жизнедеятельности являются 14 микроэлементов: железо, медь, марганец, цинк, кобальт, йод, фтор, хром, молибден, ванадий, никель, стронций, кремний и селен. Роль и механизм участия в обмене веществ для каждого вещества специфичен. Длительный недостаток минеральных веществ или их избыток может привести к нарушению обменных процессов и различным заболеваниям.
Минералы против атеросклероза
Для профилактики атеросклероза особое значение имеют магний, калий, йод, селен, цинк, хром и некоторые другие минеральные вещества. В частности, йод стимулирует образование гормонов щитовидной железы, активизирующих распад холестерина. Магний тормозит образование холестерина в организме, способствует его распаду и выделению. Калий оказывает существенное влияние на состояние кровообращения. Селен - один из мощнейших антиоксидантов , защищает организм от свободных радикалов и предотвращает образование тромбов.
Между сердцем и почками
В большинстве случаев питание полностью обеспечивает потребности организма в микроэлементах и минеральных веществах. Однако, отклонения в питании и влияние условий среды могут приводить к развитию различных заболеваний. Например, с жесткостью воды (содержанием в ней разных минеральных веществ и микроэлементов) связывают распространение ряда заболеваний почек и миокарда. При высоком содержании минеральных веществ в питьевой воде повышается риск развития мочекаменной болезни. С другой стороны, относительная недостаточность жесткости воды увеличивает вероятность развития заболеваний сердечной мышцы.
Череп и кости
Кальций необходим организму для формирования костной ткани. Недостаток этого минерального вещества приводит к недоразвитию костей, которое проявляется в виде рахита у детей и потере жесткости костной ткани у взрослых. Баланс между всасыванием кальция в кишечнике и его выведением может быть нарушен "диетой ", например, шоколадно-кофейной. Что приводит к потере кальция из костей и увеличением их ломкости.
Основные для человека источники кальция - питьевая вода, а также молоко и кисломолочные продукты, в которых чем меньше жира, тем больше кальция. Усвоение кальция в организме зависит от наличия витамина D, который вырабатывается в подкожной жировой клетчатке в результате воздействия ультрафиолета солнца. Существует множество доказательств того, что при недостатке солнечного облучения и соответствующем дефиците витамина D (а следовательно- нарушении обмена кальция) может развиваться рахит, при котором таз может деформироваться настолько, что родовой канал сузится до 60% от нормы. Нормальные роды при этом становятся затруднительными, а тяжелых случаях- невозможными. Известны случаи, когда колонии ранее процветающие вымирали по причине рахитичной деформации таза, вызванной нарушением обмена кальция вследствие дефицита витамина D . Проблемы с регуляцией кальцевого обмена испытывают и многие группы современного населения планеты. В зоне риска находятся подростки и молодые женщины европиоидной и монголоидной рас, особенно подверженных нарушениям обмена витамина D.
Не думайте о йоде с высока
Наиболее яркий пример нарушения обмена микроэлементов - широко распространенная на территории России йодная недостаточность. Йод входит в состав гормона тироксина, синтезируемого в щитовидной железе. Дефицит йода приводит к задержке роста и нарушениям формирования скелета. В тяжелых случаях йодной недостаточности могут развиваться задержки физического (карликовость) и психичеcкого развития (кретинизм). В зонах йодной недостаточности находятся 52 из 89 входящих в состав РФ районов. В этих областях у населения, не получающих добавок йода с пищей, могут развиваться зоб и бесплодие .
Йодная недостаточность (особенно в период внутриутробного развития) приводит к отставанию детей в физическом и психическом развитии, интеллектуальной деградации. Научные исследования показали, что уровень интеллекта у жителей регионов с хроническим недостатком йода на 10-15% ниже, чем у населения благополучных областей. Нарушения обмена йода могут провоцироваться специфическими диетами. Некоторые растения семейства крестоцветных, в том числе капуста и репа, содержат так называемые зобогенные вещества. поэтому людям, постоянно потребляющим эти овощи, следует принимать повышенные количества йода. Неблагоприятные последствия влияния зобогенных веществ хорошо видны на памятниках древнерусского искусства: явно увеличенную щитовидную железу можно различить у персонажей многих русских икон. Причина этого в том, что капуста и репа составляли основу русской кухни вплоть до 17 века. Такая диета в сочетании с характерной для почв Центральной России йодной недостаточностью приводила к широкому распространению зоба. Только в 17-18 веках, когда подвижность населения России резко возросла, обмен продуктами стал более интенсивным, а место репы начал занимать картофель, частота поражений щитовидной железы стала снижаться. В настоящее время, конечно, проблема не стоит так остро, но всё же более полутора миллиардов человек на планете проживают в регионах, почвы которых бедны йодом. Борьба с йодным дефицитом в большинстве стран проводится централизованно. Самый простой и надёжный способ - "йодирование" поваренной соли или других продуктов повседневного потребления, например, хлеб.
