Логотип журнала "Провизор"








В. С. Кисличенко

Минеральные вещества в организме человека и в растениях.
Патологии и профзаболевания

Для ХХ столетия характерно развитие атомной энергетики, создание новых видов оружия, использование прогрессивных технологий во всех отраслях промышленного производства, что в значительной степени ухудшило общую экологическую обстановку на планете [41]. В этой связи нередки случаи попадания токсических веществ в организм человека. Изучение их негативного воздействия, способов выведения из организма, а также использование микродоз макро- и микроэлементов для лечения различных патологических проявлений представляет научный и практический интерес в настоящее время [5, 13].

В осуществлении всех жизненно важных функций организма минеральному обмену отводится значительная роль. Химические элементы входят в состав клеток тканей и органов, содержатся в крови. Вместе с водой они обеспечивают постоянство осмотического давления, кислотно-основного равновесия, включаются в различные реакции обмена веществ. С участием минеральных веществ происходят процессы всасывания, секреции, кроветворения, свертывания крови, выделения из организма метаболитов [6, 15]. Без них невозможны функции мышечного сокращения, нервной проводимости, внутритканевого дыхания [5, 7].

В организме различают макро- и микроэлементы. Макроэлементы (10-2% массы и больше) — это минеральные вещества, которые содержатся в значительном количестве и составляют основную часть цитоплазмы. К ним относятся: кальций, магний, калий, натрий, фосфор, сера, хлор, азот, кислород, водород, углерод. Микроэлементы (МЭ) (от 10-3–10-12 % массы и меньше) — вещества, содержащиеся в ничтожных количествах; иногда их называют ультрамикроэлементами. Это — железо, медь, цинк, марганец, бром, йод, хром, фтор, кобальт, молибден, мышьяк и др. [34, 54]. Однако такая классификация не указывает на роль и значение в организме того или иного элемента.

В настоящее время учение о МЭ растительных и животных организмов является достаточно известным, чего нельзя сказать об их эссенциальности. Этот термин широко применяется в зарубежной литературе, представляя собой производное от латинского слова «essentia», что означает «сущность» [13, 55]. В применении к МЭ указывает на их жизненную важность.

В 1869 г. J. Raulin, ученик Л. Пастера, установил эссенциальность МЭ для плесневого гриба Aspergillus niger. В 1880 г. русский ученый Лунин Н. И. доказал, что для полноценного питания, помимо белков, углеводов, жиров и минеральных солей, нужны вещества, содержащиеся в растительной пище. По свидетельству W. M. Fowler, еще в 1883 г. в Германии было впервые зарегистрировано уменьшенное содержание железа в крови больных анемией.

К началу ХХ века получены достоверные сведения об эссенциальности по меньшей мере трех МЭ. Большие заслуги в теории эссенциальности МЭ принадлежат французскому биохимику и микробиологу Y. E. Bertrand, который в 1912 г. обосновал понятие о болезнях недостаточности. Различают экзогенную (дефицит поступления в организм необходимых нутриентов) и эндогенную недостаточность, в основном связанную с нарушением всасывания веществ в желудочно-кишечном тракте, аномалиями их усвоения на уровне органов, тканей и клеток, с неполноценностью биологического транспорта и с очень многими другими факторами, среди которых большую роль в обеспечении организма эссенциальными МЭ играют энзимопатии генетической природы.

Из 110 встречающихся в природе элементов 81 обнаружен в организме человека [13, 35]. Содержание микроэлементов, хотя и колеблется в зависимости от видовой специфичности, характеризуется наличием 25 макро- и микроэлементов [54, 55], в то время различия в концентрации настолько велики, что придают черты химической неповторимости каждому виду [35].

По современным данным, не менее 15 МЭ из обнаруженных являются эссенциальными. По мнению П. Аггетта, железо, цинк, медь, кобальт, марганец, молибден, селен, хром обеспечивают оптимальное здоровье [1, 57]. Данные клинической патологии позволяют присоединить к ним фтор и никель. Недавно к новым эссенциальным элементам стали относить ванадий, кремний, олово, мышьяк. По К. Шварцу, токсичность элемента не исключает того, что при определенных условиях дозировки и экспозиции он может оказать благоприятное и даже жизненно важное действие на организм. Тем более, что ионы одних и тех же металлов, но с переменной валентностью (например, мышьяк, хром, ванадий, молибден, серебро, ртуть) характеризуются разной степенью токсичности [5]. Сравнительно недавно это было подтверждено по отношению к таким токсичным элементам, как кадмий, свинец, олово и рубидий [6, 53]. Таким образом, общее число жизненно необходимых (эссенциальных) МЭ — 19. Открытие эссенциальности многих МЭ, в частности значение их недостаточности, не уступает по своей значимости открытию витаминов.

МЭ действуют в организме путем вхождения в той или иной форме в структуру биологически активных продуктов, главным образом ферментов [24, 52]. В этом разгадка физиологической активности весьма малых их количеств. Если принять, что основа жизни — обменные процессы, то в них одну из ведущих ролей играют МЭ. Ферменты могут активизироваться путем вхождения металла в качестве компонента так называемого активного центра фермента [31, 52].

Металлы находятся в организме человека в виде простых веществ, гидратированных ионов и сложных биокомплексов, имеющих в составе еще и анионы аминокислот, нуклеиновые кислоты, протеины и другие химические соединения [31, 32]. Функции металлов и их соединений многообразны: образование различных структур (костных и мягких тканей, клеточных стенок и т. д.), участие в биохимических процессах (окислительном фосфорилировании, гидролизе), регуляция деятельности мышц, передача нервных импульсов и многое другое. Выполняя каталитическую, структурную и регуляторную функции, они взаимодействуют с ферментами, предшественниками гормонов, биологическими мембранами, участвуют во всех видах обмена веществ [24, 31, 47].

В таблице 1 показана взаимосвязь ионов металлов с металлоэнзимами [49]. Кроме того, металлы служат связующим элементом между субстратом и ферментом, способствуя контакту субстрата с активным центром фермента. Ионы металлов, повышающие активность ферментов, называют активаторами.

Таблица 1. Ферменты, активируемые металлами

Металлоэнзим

Металл
Ангокэльдегидраза Zn
Kарбоангидраза Zn
Дегидропептидаза Zn
Неорганическая пирофосфотаза Mg
Пироксидаза Fe
Фумариковая гидрогеназа Fe
Kарбооксипептидаза Fe
Цитохром Fe
Полифенолоксидаза Cu
Лактаза Cu
Аскорбинооксидаза Cu
Бутирил-СоА-дегидрогеназа Mn
Kсантиноксидаза Мо
Трипсин Cr
Щелочная фосфотаза Zn, Mo, Cr
Пирофосфотаза Mg, Zn, Mn, Fe
Аденозидтрифосфотаза Mg, Mn, Ca, Co
Аргиназа Co, Ni, Mn, Fe
Альдолаза Zn, Co, Cu, Fe
Kариозиназа Mn, Zn
Фосфоглюкомутаза Mg, Mn, Co

Металл, входящий в ферментную систему, может увеличить ее активность во много тысяч раз. Например, известно, что ионы железа способны разлагать перекись водорода на воду и кислород. При поступлении железа в структуру фермента каталазы реакции ускоряются в 10 млрд раз [47]. МЭ могут не только активизировать ферментный процесс, но и влиять на его направленность. Так, у карбооксипептидазы b-пептидазная активность под влиянием кобальта увеличивается, а эстеразная уменьшается; от кадмия, применяемого в тех же количествах (0,01 мг), наоборот, увеличивается эстеразная активность и подавляется пептидазная. Ионы-антагонисты иногда выступают в качестве активаторов одного и того же фермента. Например, кальций и магний, считающиеся антагонистами, активируют один и тот же фермент — пируватдекарбоксилазу [8, 37, 49].

Атомы металлов способны непосредственно соединяться с углеродом органических соединений, образуя при этом множество новых продуктов. При поступлении в организм они, кроме участия в ферментативных процессах, могут образовывать пока неизвестные продукты, играющие важную роль в жизнедеятельности организма. Напомним, что лечебное действие органических соединений мышьяка и сурьмы рассматривается не как прямое, убивающее возбудителя средство [30, 41].

Необходимо учитывать также возможность влияния МЭ на нервные процессы, на что указывают экспериментальные исследования В. С. Раццесса [49].

МЭ могут непосредственно участвовать в образовании витаминов, например В12, в структуру которого входит кобальт. В работе [28] отмечен параллелизм между содержанием витаминов в тех или иных частях растений и наличием в них МЭ (марганца и висмута). При изучении взаимосвязи между МЭ и витаминами у ряда МЭ выявлена способность влиять на синтез некоторых витаминов — аскорбиновой кислоты, В12 [9, 39]. Возрос интерес к селену в связи с его отношением к витамину Е, которые совместно стимулируют образование антител и тем самым увеличивают жизненные силы организма [12].

Общее физиологическое значение МЭ связано также со специфической функцией желез внутренней секреции. Деятельность последних зависит от поступления определенных МЭ. Соответствующие данные получены при изучении химического строения гормонов и необходимости отдельных МЭ для функции данной железы (например, гормоны щитовидной железы и входящий в их структуру йод, инсулин и цинк, гормоны половых желез и марганец); избирательного отношения эндокринных желез и их структур к определенного МЭ (например, к цинку семенников инсулярного аппарата поджелудочной железы); по исследованию действия МЭ на определенный вид обменных процессов (цинк — на углеводный, марганец — на белковый, углеводный, фосфорный и т. д.); на основании изучения влияния МЭ на функцию физиологической системы, связанной с железами внутренней секреции или других образований (кроветворная функция и участие в ней железа, меди, кобальта) [5, 11, 16, 22, 32, 33, 44].

Представления о лечении металлами и минералами не могут быть полными, если не вспомнить о способности многих из них при определенных условиях вызывать отравления, иногда с летальным исходом.

Некоторые металлы и их соединения могут поступать в организм человека не только с пищей, через пищеварительный канал, но и в виде пыли, через дыхательные пути. Пылевые частицы откладываются на слизистой оболочке дыхательных путей и раздражают ее (это относится к нетоксической пыли, не являющейся ядовитой для организма). При вдыхании же токсической пыли возникают изменения в органах дыхания, особенно в легких, если токсический фактор не устранен продолжительное время (месяцы, годы). Токсическая пыль обладает химической активностью, так как содержит простые и сложные химические вещества, которые при поступлении в организм нарушают нормальные биохимические процессы.

Запыленность воздуха частицами металлов и минералов наблюдается при промышленном получении, переработке и добыче руд. При длительной работе на предприятиях с низким уровнем защиты технологических процессов, нарушением санитарно-гигиенических норм возможно развитие профессиональных заболеваний. К числу вредных металлов относятся: кадмий, ванадий, алюминий, кобальт, вольфрам, никель, молибден, олово, цинк, медь и др. [32, 41, 43]

В таблице 2 представлены данные о токсических действиях металлов и минералов, вызванных превышением предельно допустимых концентраций, а также приводится их суточная потребность.

Таблица 2. Токсическое действие металлов и минералов, вызванное повышением предельно допустимых концентраций, и их суточная потребность
Наименование металла, минерала

Заболевание

Суточная потребность, мг/кг
Kремний, двуокись кремния

силикоз

0,4-0,5
Оливин (магний, железо, кремний)

оливикоз

железо:
10 (мужчины);
18 (женщины)
Kаолин (глина)

каоликоз

-
Марганец, оксид марганца

манганокониоз

3-5-10
Углерод, графит, угарный газ

графитовый пневмониоз, эмфизема, фиброз

-
Ванадий

шлаковый пневмокониоз

-
Олово, оксид олова

станноз

-
Алюминий, оксид алюминия

алюминоз, энцефалопатия

49,01
Соли кальция, мрамор

халикоз, мочекаменная болезнь

0,8-1,0
Сульфиды кальция, магния

кожные токсикозы (трещины, раны)

сульфид магния: 0,4
Сульфид свинца (галенит)

блокирует альвеолы легких (летальный исход)

-
Никель, кобальт, мышьяк

деструктивные, неопластические процессы во внутренних органах

кобальт: 0,1-0,2
Никель

заболевание роговицы глаза

0,63
Фтор, свинец, ртуть и ее пары, марганец

нарушение внутриклеточного метаболизма, поражение ЦНС

фтор: 0,5-1,0
Олово

нарушение энергообмена

-
Мышьяк

снижение артериального давления, кома, поражение печени, судороги, смерть

-
Бериллий и его радиоактивные изотопы

последствия радиоактивного облучения

-
Медь

гепатоцеребральная дистрофия, болезнь Вильсона

2-3
Сера, сероводород, сероуглерод

общая интоксикация организма, удушье

1,5
Kадмий (фосфатные нитраты)

откладывается в печени, диарея, шок, спазмы, рвота

-
Белый и желтый фосфор

гепатотоксикоз, местное токсическое проявление, размягчение костей

1,5
Серебро

нервозность, головная боль, головокружение

20 мг/л
Золото

нарушения функций почек, состава крови, роста зубов и волос, нервные аномалии

-
Молибден

 

0,2-0,3
Селен

 

0,5
Цинк

 

5-22
Йод

нарушение функции щитовидной железы

0,1-0,2
Рубидий

 

0,05-0,5
Хлор

возникновение отеков, заболевания печени, почек и язвы желудка, артериальная гипертензия

2,42
Натрий

возникновение отеков, заболевания печени, почек и язвы желудка, артериальная гипертензия

2,0-4,0

Нарушения содержания МЭ вполне определенно проявляются в патологии. Установлено влияние недостаточности МЭ на жизнеспособность потомства. P. Aggett и S. Rose [40,57] показали, что дефицит МЭ у матери способен вызвать аномалии развития различных органов и тканей, а также преждевременную гибель эмбриона и плода. Ткани зародыша на определенном этапе развития особенно чувствительны к нарушениям МЭ гомеостаза [5, 40]. Особенно интенсивное накопление МЭ идет в первые три месяца развития зародыша [37, 46, 53].

Исследования последних лет показали, что длительная недостаточность некоторых МЭ может приводить к предраковому состоянию, а также к резкому увеличению числа случаев рака определенных органов в микроэлемент-дефицитных регионах некоторых стран [50, 51].

Литература

  1. Бабенко Г. А., Решеткина Л. П. Применение микроэлементов в медицине.— К.: Здоров’я, 1971.— 220 с.
  2. Гаммерман А. Ф., Кадаев Г. Н., Яценко-Хмелевский А. А. Лекарственные растения.— М.: Высш. шк., 1983.— 400 с.
  3. Кретович В. Л. Основы биохимии растений.— М.: Высш. шк., 1980.— 445 с.
  4. Машковский М. Д. Лекарственные средства.— М.: Медицина, 1988.— Т. 1.— 624 с.— Т. 2.— 575 с.
  5. Ноздрюхина Л. Р., Гринкевич Н. И. Нарушение микроэлементного обмена и пути его коррекции.— М.: Наука, 1980.— 280 с.
  6. Ginter E., Chorvatovicova D. Metabolism, physiological role and toxicity of chromium//Ceskosl. physiol.— 1987.— Vol. 36.—№ 6.— P. 551–559.
  7. Faelten S. Mineral for health.— Emmaus: Rodale press, 1981.— 534 p.
  8. Pikard H. Utilisation terapeutique des oligoelements.— P.: Libr. Malaine, 1965.— 176 p.
  9. Roman J., Kutsky Ph. D. Handbook of vitamins, minerals and hormones.— N. Y. etc.: Van Nostrand: Reinhold, 1981.— 492 p.
  10. Rosenfeld I., Beath O. A. Selenium: Geobotany, biochemistry, toxicity and nutrition.— N. Y., L.: Acad. press., 1964.— 411 p.

Полный список литературы имеется в редакции





© Провизор 1998–2017



Грипп у беременных и кормящих женщин
Актуально о профилактике, тактике и лечении

Грипп. Прививка от гриппа
Нужна ли вакцинация?
















Крем от морщин
Возможен ли эффект?
Лечение миомы матки
Как отличить ангину от фарингита






Журнал СТОМАТОЛОГ



џндекс.Њетрика