Проект Микроэлементы макроэлементы Эндемические заболевания



Микроэлементы.

I. Общие сведения.

1. Что такое микроэлементы.

Микроэлементы (синоним: следовые элементы, трейс-элементы) — химические элементы, присутствующие в тканях человека, животных и растений в так называемых следовых количествах (тысячные доли процента и ниже). Микроэлементы, содержание которых в тканях живых организмов ниже 10-5 весовых % (золото, ртуть, уран, радий и некоторые другие), называют ультрамикроэлементами. Микроэлементами называют также химические элементы, содержащиеся в следовых количествах в водах, почвах, горных породах.

В организме человека обнаружено около 70 химических элементов (в т.ч. микроэлементов), из которых 43 считаются эссенциальными (незаменимыми). Кроме эссенциальных М., являющихся незаменимыми факторами питания, дефицит которых приводит к различным патологическим состояниям, существуют токсичные М., представляющие собой основные загрязнители окружающей среды и вызывающие у человека заболевания и интоксикации. При определенных условиях эссенциальные М. могут проявлять токсическое действие, а некоторые токсические М. в определенной дозе обладают свойствами эссенциальных. Например, малые количества Мn стимулируют кроветворение и иммунореактивность, большие – угнетают. При увеличении концентрации F в питьевой воде до 1—1,5 мг/л заболеваемость кариесом снижается, а при превышении 2—3 мг/л развивается флюороз.

2. Биологическая роль микроэлементов.

Потребность человека в М. колеблется в широких пределах и для большинства М. точно не установлена. По значению для жизнедеятельности организма М. разделяют на:

необходимые (Со, Fe, Cu, Zn, Mn, I, F, Br)

вероятно необходимые (Al, Sr, Mo, Se, Ni);

роль Bi, Ag и других М., закономерно обнаруживающихся в тканях, остаётся невыясненной.

Биологическая роль М. определяется их участием почти во всех процессах жизнедеятельности:

Участвуют во всех видах обмена веществ организма.

Являются кофакторами многих ферментов, витаминов, гормонов.

Участвуют в процессах кроветворения, роста, размножения.

Участвуют в процессах дифференцировки и стабилизации клеточных мембран, тканевом дыхании.



Участвуют в иммунных реакциях и многих других процессах, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность организма.

Широкое распространение М. в природе и невысокая потребность в них человека объясняют относительную редкость возникновения патологических состояний, обусловленных недостаточным или избыточным поступлением М. в организм человека. Однако дефицит, избыток или дисбаланс содержания М., особенно в эндемичных регионах, могут приводить к развитию заболеваний, синдромов или патологических состояний, объединяемых термином «микроэлементозы». Например эндемический зоб, флюороз, кариес, заболевания крови. Два М. могут быть достоверно названы в качестве этиологического фактора эндемических заболеваний человека — I, недостаток которого способствует распространению зоба эндемического, и F, при избытке которого возникает флюороз, а при недостатке — кариес. (При увеличении концентрации F в питьевой воде до 1—1,5 мг/л заболеваемость кариесом снижается, а при превышении 2—3 мг/л развивается флюороз.)

Некоторые болезни, в основе которых лежит недостаточность М., могут быть генетически обусловленными. При интоксикации М. существенное значение имеет не только превышение дозы, но и нарушение механизмов превращения микроэлемента и выведения его из организма. Роль большинства эссенциальных М. в организме человека изучена достаточно хорошо; данных об участии других М. в процессах обмена веществ и энергии мало, хотя наличие их в организме человека доказано.

Кроме того, в организме отмечается и взаимодействие между самими М. (Со эффективно действует на кроветворение лишь при наличии в организме достаточных количеств Fe и Cu; Mn повышает усвоение Cu, Cu по некоторым эффектам является антагонистом Mo; F влияет на метаболизм S.

3. Источники микроэлементов.

Основной источник поступления М. в организм человека — пищевые продукты растительного и животного происхождения и вода. Большая часть М. поступает в организм с пищевыми продуктами растительного происхождения. Основным «поставщиком» важнейших М. являются хлебопродукты. В молочных и мясных продуктах содержание М. невысоко. В коровьем молоке обнаружено 22 микроэлемента (железо, марганец, медь, цинк, кобальт, молибден, кремний, фтор, йод и др.), однако концентрация их в молоке очень низкая. В мясных продуктах в умеренных количествах присутствуют серебро, молибден, медь, титан, цинк. В продуктах моря содержатся довольно в больших количествах серебро, мышьяк, кадмий, фтор, литий, никель.

Питьевая вода покрывает лишь 1—10 % суточной потребности в таких М., как I, Cu, Zn, Mn, Со, Mo, и лишь для отдельных М. (F, Sr) служит главным источником. Для F определяющим источником поступления в организм является вода. В 1 л воды содержится 1 мг фтора, обычно с водой человек получает 1 – 1.5 мг фтора в сутки.

Содержание разных М. в пищевом рационе зависит от набора продуктов, входящих в рацион, а также от геохимических условий местности, в которой были получены продукты. Существуют районы со значительными отклонениями концентрации определенных М. в почве и воде от нормы (как в сторону уменьшения, так и увеличения), что отражается на содержании этих М. в продуктах растительного и животного происхождения и может вызывать эндемические (т.е. характерные для данной местности) заболевания: эндемический зоб, флюороз, кариес, заболевания крови.

Обеспеченность М. обусловлена не только их содержанием в воде и пищевых продуктах, но и количественным соотношением М. между собой и усвояемостью тех веществ, в составе которых М. поступают в организм.

4. Содержание микроэлементов в организме.

Всасывание М. происходит главным образом в тонкой кишке, особенно активно — в двенадцатиперстной кишке. Из организма М. выводятся с калом и мочой. Некоторая часть М. выделяется в составе секретов экзокринных желез, со слущенными клетками эпителия кожи и слизистых оболочек, с волосами и ногтями. Каждый микроэлемент характеризуется специфическими особенностями всасывания, транспорта, депонирования в органах и тканях и выделения из организма.

Абсолютные уровни содержания М. в органах и тканях могут существенно колебаться в зависимости от места жительства, постоянных пищевых рационов и других причин, определяющих уровень поступления и накопления данного М., а также в зависимости от индивидуальных особенностей организма.

Содержание М. в органах и тканях человека составляет от 10-2 до 10-7% от массы органа. Оно более высокое в паренхиматозных органах (например, печени), наименьшее — в цереброспинальной жидкости и плазме крови. М. распределяются в организме неравномерно. Неравномерное распределение М. в организме связано с их специфическим участием в деятельности различных органов. Повышенное их накопление в том или ином органе в значительной мере связано с физиологической ролью элемента и специфической деятельностью органа (например, преимущественное накопление Zn в половых железах и его влияние на воспроизводительную функцию); в других случаях М. воздействует на органы и функции, не связанные с местом его накопления в организме.

Установлено, что концентрация в крови некоторых элементов постоянно поддерживается на сравнительно стабильном уровне (Со 4—8 мкг %, Cu 80—140 мкг %, Fe 45—60 мкг %), другие же М. (Sr, Pb, F) не подвергаются подобной регуляции, и их содержание в крови может заметно колебаться в зависимости от уровня поступления элемента в организм.

Содержание М. 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. С возрастом содержание многих М. (Al, Ti, Cd, Ni, Zn, Pb, F, Sr,) увеличивается, причём в период роста и развития это нарастание идёт сравнительно быстро, а к 15—20 годам замедляется или прекращается. А содержание Cu, Mn, Mo, Со, Cr в крови и Sr в скелете в возрасте 50—60 лет становится несколько ниже, чем в 20—25 лет. Во время беременности и в период лактации в крови становится в 2—3 раза больше меди, марганца, титана и алюминия.

В крови большинство М. находится в связанном с белками состоянии – Cu в виде купропротеидов и церулоплазмина, Zn – в виде угольной ангидразы, Со – как компонент витамина В12 и в форме, связанной с белком, Fe — в виде сидерофиллина. Некоторые элементы находятся в крови в ионном состоянии, например Li+, Na+, Ca2+; около 50 % Sr и F входят в минеральные структуры кости, эмали и дентина.

5. Определение содержания микроэлементов.

Для определения содержания М. в организме широко используются методы, позволяющие проводить массовые обследования, что чрезвычайно важно для практического здравоохранения. К таким методам относятся атомно-абсорбционная спектрофотометрия, атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой, масс-спектрометрия. Наряду с ними используются электрохимический анализ, рентгенофлюоресцентный анализ, нейтронно-активационный анализ, фотоядерный анализ.

6. Микроэлементы и медицина.

Использование М. в клинической медицине пока носит ограниченный характер. Эффективно применяются в борьбе с некоторыми видами анемий препараты Со, Fe, Cu, Mn. В качестве фармакологических средств в клинике используют также Br и I.

Большое значение микроэлементы имеют в гигиене питания и диетологии. В современной практике для населения развитых стран характерно включение в рацион разнообразных продуктов питания, значительная часть которых производится далеко от места потребления, ввиду чего ликвидируются дефицит микроэлементов, характерный для данной местности. С этой же целью применяется иодирование соли или хлеба для профилактики эндемического зоба, фторирование воды для снижения заболеваемости кариесом. В случаях, когда F в природных водах много, эксплуатируются дефторирующие установки.

II. Характеристика микроэлементов.

Алюминий

Содержание в организме: печень, головной   мозг, кости.

Суточная потребность: 2 – 50 мг          

Источники: Хлебопродукты, в воде 0 – 0,1мг/л           

Роль в организме:

Способствует развитию и регенерации эпителиальной, соединительной и костной ткани.

Воздействует на активность пищеварительных ферментов и желез.

Избыток:

Бром.

Содержание в организме: в мозговом веществе почек, щитовидной железе, ткани головного мозга, гипофизе. Бром входит в состав желудочного сока. В норме в плазме крови содержится около 17 ммоль/л (около 150 мг / 100 мл плазмы крови).

Суточная потребность: 0,5 – 2 мг.

Источники: хлеб и хлебопродукты, молоко и молочные продукты, бобовые

Роль в организме:

Регуляция деятельности нервной системы, оказывает тормозящее действие.

Активирует половую функцию, увеличивая объем эякулята и количество сперматозоидов в нем.

Регулирует работу щитовидной железы.

Влияет на кислотность желудочного сока (вместе с хлором).

Избыток: угнетает функцию щитовидной железы, препятствуя поступлению в нее йода.

Ванадий.

Содержание в организме: в костях, зубах, жировой ткани.

Суточная потребность: не известно.

Источники:

Роль в организме:



Участвует в процессах кроветворения.

Активирует окисление фосфолипидов.

Влияет на проницаемость митохондриальных мембран.

Способствует накоплению солей кальция в костях.

Угнетает синтез холестерина.

Повышает устойчивость зубов к кариесу.

Избыток: ванадий и его соединения проявляют себя как яды, поражающие систему кровообращения, органы дыхания, нервную систему и вызывающие аллергические и воспалительные заболевания

Железо.

Содержание в организме: в эритроцитах, селезенке, печени, плазме крови. В норме негеминовое железо содержится в плазме крови в концентрации 12 – 32 мкмоль/л (65 – 175 мкг/100 мл); у женщин содержание негеминового железа в плазме крови на 10 – 15% ниже, чем у мужчин.

Суточная потребность: 10 – 30 мг.

Источники: фасоль, гречневая крупа, печень, мясо, тыква, яблоки, гранат, овощи, фрукты, хлеб и хлебопродукты. В воде 0,01 – 1,0 мг/л.       

Роль в организме:

Входит в состав гемоглобина, синтез эритроцитов.

Участвует в процессах дыхания клеток.

Участвует в окислительно-восстановительных реакциях.

В иммунобиологических взаимодействиях.

Недостаток: анемия, задержка роста, полового созревания, дистрофические процессы в органах.

Избыток: гастроэнтерит, избыточным содержанием в крови свободного железа, появление в органах отложений железа, развитие гемосидероза, гемохроматоза.

Йод.

Содержание в организме: в щитовидной железе. В норме в плазме крови содержится 275 – 630 нмоль/л (3,5 – 8 мкг/100 мл) белково-связанного йода.

Суточная потребность: 50 – 200 мкг.

Источники: молоко, овощи, мясо, яйца, морская рыба, продукты моря. В воде  0 – 0,3 мг/л.

Роль в организме:

Функционирование щитовидной железы, входит в состав гормонов щитовидной железы.

Недостаток: зоб эндемический, гипотиреоз.

Избыток: гипертиреоз.



Кобальт.

Содержание в организме: в крови, селезенке, костях, яичниках, гипофизе, печени. В норме в плазме крови содержится примерно 20 – 600 нмоль/л (0,1 – 4 мкг/100 мл) кобальта.

Суточная потребность: 40 – 70 мкг.

Источники: молоко, хлеб и хлебопродукты, овощи, печень, бобовые. В воде 0,01—0,1 мг/л.          

Роль в организме:

Стимулирует процессы кроветворения.

Участвует в синтезе витамина В12.

Превращение в организме железа (улучшает всасывание железа в кишечнике и катализирует переход депонированного железа в гемоглобин эритроцитов).

Способствует лучшей ассимиляции азота, стимулирует синтез мышечных белков.

Влияет на углеводный обмен.

Избыток: взывает кардиомиопатию, оказывает эмбриотоксическое действие (вплоть до внутриутробной гибели плода).

Кремний.

Содержание в организме: 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.

Суточная потребность: в диоксиде кремния SiO2 составляет 20 – 30 мг.

Источники: вода и растительные пищевые продукты.

Роль в организме:

Необходим для нормального развития и функционирования соединительной и эпителиальной тканей.

Препятствует проникновению в плазму крови липидов и их отложению в сосудистой стенке.

Способствует биосинтезу коллагенов и образованию костной ткани (после перелома количество кремния в костной мозоли увеличивается почти в 50 раз).

Необходим для нормального протекания процессов липидного обмена.

Недостаток: силикозная анемии.

Избыток: нарушение фосфорно-кальциевого обмена, образование мочевых камней. Пыль кремнийсодержащих неорганических соединений может вызвать развитие силикоза, силикатоза, диффузного межуточного пневмокониоза. Еще более ядовиты кремнийорганические соединения.

Марганец.

Содержание в организме: в костях, печени, гипофизе. В норме в плазме крови содержится примерно 0,7—4 мкмоль/л (4—20 мкг/100 мл) марганца.

Суточная потребность:  2 – 10 мг.

Источники: хлеб и хлебопродукты, овощи, печень, почки. В воде 0 – 0,5 мг/л.

Роль в организме:

Входит в состав рибофлавина

Влияет на рост и развитие скелета.

Размножение.

Кроветворение

Участвует в синтезе иммуноглобулинов.

Тканевое дыхание.

Синтез холестерина, хрящевой ткани.

Марганец является синергистом меди и улучшает ее усвоение.

Недостаток: отмечают очень редко – адержка роста и развития скелета.

Избыток: марганцевый рахит (избыточное поступление марганца в организм ведет к накоплению его в костях и появлению в них изменений, напоминающих таковые при рахите). Если его концентрация в крови значительно превышает 18,2 мкмоль/л (100 мкг/100 мл, развивается марганцевый паркинсонизм (при хронической интоксикации марганцем он накапливается в паренхиматозных органах, проникает через гематоэнцефалический барьер и проявляет четко выраженную тропность к подкорковым структурам головного мозга, поэтому его относят к агрессивным нейротропным ядам хронического действия.) Избыток марганца в местностях, эндемичных по зобу, способствует развитию этой патологии.

Медь.

Содержание в организме: в печени и костях. В норме в плазме крови содержится 11 – 24 мкмоль/л (70—150 мкг/100 мл) меди.

Суточная потребность: 2 – 5 мг, или около 0,05 мг на 1 мг массы тела.

Источники: хлеб и хлебопродукты, листья чая, картофель, фрукты, печень, орехи, грибы, бобы сои, кофе.

Роль в организме:

Активирует синтез гемоглобина, созревание эритроцитов (усиливает мобилизацию депонированного железа, стимулирует его перенос в костный мозг).

Необходима для синтеза ферментов, адреналина, инсулина, регулируя работу желез.

Участвует в тканевом дыхании.

Недостаток: развивается анемия, нарушаются костеобразование (отмечается остеомаляция) и синтез соединительной ткани. У детей недостаточность меди проявляется задержкой психомоторного развития, гипотонией, гипопигментацией, гепатоспленомегалией, анемией, поражением костей. Дефицит меди лежит в основе болезни Менкеса – врожденной патологии, проявляющейся у детей до 2 лет и связанной, по-видимому, с генетически обусловленным нарушением всасывания меди в кишечнике. При этом заболевании кроме перечисленных выше симптомов отмечают изменения интимы сосудов и роста волос. Классическим примером нарушения метаболизма меди является болезнь Вильсона — Коновалова. Это заболевание связано с недостатком церулоплазмина и патологическим перераспределением свободной меди в организме: снижением ее концентрации в крови и накоплением в органах.

Избыток: проявляется острым массивным гемолизом, почечной недостаточностью, гастроэнтеритом, лихорадкой, судорогами, проливным потом, острым бронхитом со специфической зеленой мокротой.

Молибден.

Содержание в организме: в печени, почках, пигментном эпителии сетчатки глаза. В плазме крови в норме содержится в среднем от 30 до 700 нмоль/л (около 0,3—7 мкг/100 мл) молибдена.

Суточная потребность: 0,1 – 0,5 мг (около 4 мкг на 1 кг массы тела).

Источники: хлеб и хлебопродукты, бобовые, печень, почки. В воде 0 – 0,1мг/л.

Роль в организме:

Является частичным антагонистом меди в биологических системах.

Активирует ряд ферментов, в частности флавопротеины, влияет на пуриновый обмен.

Недостаток: усиливается образование ксантиновых камней в почках

Избыток: повышение в крови концентрации мочевой кислоты в 3 – 4 раза по сравнению с нормой и развитию молибденовой подагры. Нарушению синтеза витамина В12 и повышению активности щелочной фосфатазы.

Никель.

Содержание в организме: в волосах, коже и органах эктодермального происхождения.

Суточная потребность: не установлена.

Источники: в растительных продуктах, морской рыбе и продуктах моря, печени, поджелудочной железе, гипофизе.

Роль в организме:

Благотворно влияет на процессы кроветворения.

Активирует ряд ферментов.

Избирательно ингибирует многие РНК.

Избыток: дистрофические изменения в паренхиматозных органах, нарушения со стороны сердечно-сосудистой, нервной и пищеварительной систем, изменения в кроветворении, углеводном и азотистом обменах, нарушения функции щитовидной железы и репродуктивной функции. У лиц, проживающих в районах с высоким содержанием никеля в окружающей среде, наблюдаются кератиты, конъюнктивиты, осложняемые изъязвлением роговицы.

Селен.

Содержание в организме: Распределение в тканях и органах человека не изучено.

Суточная потребность: Данные о содержании селена в пищевых продуктах и потребности и нем человека не опубликованы.

Источники:

Роль в организме:

Участвует в качестве антиоксиданта в регуляции свободнорадикальных процессов в организме, в частности перекисного окисления липидов.

Недостаток: Низкое содержание селена обнаружено у новорожденных с врожденными пороками развития, бронхолегочной дисплазией и синдромом дыхательных расстройств, а также у детей с опухолевыми процессами. Недостаток селена и витамина Е считают одной из основных причин развития анемий у недоношенных детей. Низкое содержание селена в крови и тканях выявляется при иммунопатологических процессах. У лиц, проживающих в районах с низким содержанием селена в окружающей среде, чаще развиваются заболевания печени, органов желудочно-кишечного тракта, отмечаются нарушения нормальной структуры ногтей и зубов, кожная сыпь, хронические артриты. Описана эндемическая селенодефицитная кардиомиопатия (болезнь Кешан).

Избыток: возможны воспалительные заболевания верхних дыхательных путей и бронхов, органов желудочно-кишечного тракта, астенический синдром.

Фтор.

Содержание в организме: в зубах и костях. В плазме крови в норме содержится около 370 мкмоль/л (700 мкг/100 мл) фтора.

Суточная потребность: 2 – 3 мг.

Источники: овощи и молоко, с которыми человек получает около 0,8 мг фтора, остальное его количество должно поступать с питьевой водой (в воде 0 – 2,0 мг/л).

Роль в организме:

Повышает устойчивость зубов к кариесу.

Стимулирует кроветворение, регенеративные процессы при переломах костей.

Обеспечивает иммунитет.

Участвует в росте скелета.

Предупреждает развитие старческого остеопороза.

Являясь антагонистом стронция, снижает накопление радионуклида стронция в костях и уменьшает тяжесть лучевого поражения от этого радионуклида.

Недостаток: развитие кариеса зубов, особенно в период их прорезывания и минерализации. Антикариозный эффект обеспечивает фторирование питьевой воды до концентрации в ней фтора около 1 мг/л. Фтор вводят также в организм в виде добавки в поваренную соль, молоко или в виде таблеток.

Избыток: флюороз и подавление защитных сил организма.

Хром.

Содержание в организме:

Суточная потребность:

Источники: говяжья печень, мясо, птица, зерновые, бобовые, перловая крупа, ржаная мука.

Роль в организме:

Участвует в углеводном и минеральном обмене.

Участвует в превращении холестерина.

Активирует некоторые ферменты.

Недостаток: Избыток: нет данных.

Цинк.

Содержание в организме: в печени, предстательной железе, сетчатке глаза.

Суточная потребность: у взрослых 10 – 15 мг; у беременных женщин 20 мг, кормящих матерей 25 мг; детей 4 – 5 мг; детей грудного возраста 0,3 мг на 1 кг массы тела.

Источники: говяжья и свиная печень, говядина, желток куриного яйца, сыр, горох, злаковые, грибы, хлеб и хлебопродукты, куриное мясо, отруби, чеснок, картофель, свекла, орехи. В воде 0 – 0,1 мг/л.

Роль в организме:

Входит в состав фермента карбоангидразы и других металлопротеинов.

Влияет на активность тройных гормонов гипофиза.

Участвует в реализации биологического действия инсулина.

Нормализует жировой обмен, повышает интенсивность распада жиров в организме и предотвращает жировую дистрофию печени.

Участвует в кроветворении.

Необходим для нормального функционирования гипофиза, поджелудочной железы, семенных пузырьков, предстательной железы.

Недостаток: замедлением роста и недоразвитием половых органов в юношеском возрасте, анемией, гепатоспленомегалией, нарушением оссификации, алопецией. (При обычном питании гипоцинкоз у человека развивается редко. Причиной недостаточности цинка может стать избыточное содержание в рационе продуктов из зерновых, которые богаты фитиновой кислотой, препятствующей всасыванию солей цинка в кишечнике.) Дефицит цинка во время беременности приводит к преждевременным родам, внутриутробной гибели плода или рождению нежизнеспособного ребенка с различными аномалиями развития. У новорожденных дефицит цинка может быть генетически обусловлен нарушением всасывания цинка в кишечнике. Оно проявляется рецидивирующей диареей, пузырьковыми и гнойничковыми заболеваниями кожи, блефаритом, конъюнктивитом, иногда — помутнением роговицы, алопецией.

Избыток:

Другие микроэлементы.

Роль других М. изучена меньше. Установлено, что концентрация ионов серебра в очагах воспаления повышена, что связано, по-видимому, с его антисептическим действием. Бор усиливает действие инсулина. Титан участвует в построении эпителиальной ткани, образовании костной ткани, кроветворении. Барий оказывает уплотняющее действие на ткани, наибольшее его количество содержится в тканях глаза.








sitemap
sitemap