6.Характеристика отдельных микроэлементов и микроэлементозов
Железо (Fe)
Биологические функции Fe, в целом, заключаются в транспорте электронов, кислорода, обеспечение окислительно-восстановительных реакций и активации перекисного окисления, предварительно подготовленного ионами меди. Fe жизненно необходимо для нормального функционирования иммунной системы (Т-лимфоциты, фагоцитоз). Этот микроэлемент необходим для формирования костей и нервной системы, для работы желудочно-кишечного тракта, эндокринных желез.
Тело человека содержит от 3 до 5 г железа. На гемоглобин приходится 75—80% этого количества; 5—10% - в составе миоглобина; 1% — в дыхательных ферментах, катализирующих процессы дыхания в клетках и тканях; 25% - депонировано, преимущественно в печени и мышцах.
Железо обнаружено в составе более чем 70 различных по своей функции ферментов, а также белков: оно входит в состав гемопротеид-цитохрома Р-450 и обезвреживает чужеродные для организма элементы; тиреопероксидаза, содержащая ион железа, принимает участие в синтезе гормонов щитовидной железы; миелопероксидаза, имеющая в своей молекуле этот же элемент, поддерживает иммунитет, осуществляя фагоцитоз и лизис микроорганизмов; сидерофиллины, белки, связывающие железо, делают его недоступным для бактерий и опухолевых клеток; лактоферрин, белок грудного молока, связывает в кишечнике железо микроорганизмов, после чего последние поглощаются макрофагами; основным транспортным белком для железа является трансферрин (ТФ) - он связывает 45—70 мкмоль железа на 1 литр и переносит его, а также цинк, кобальт, алюминий и таллий в клетки.
В целом, дисбаланс железа в организме или недостаточность в организме способствует повышенному накоплению токсичных металлов в нервной системе (Мn, Си, Со, Cd, Al, Sc и др). Всасывание железа в кишечнике зависит от множества факторов: наличия его дефицита в организме, состояния здоровья, формы содержащегося в продуктах железа, кислотности желудочного сока, достаточного количества белка в пище.
Всасыванию железа способствуют витамин А,Е, простые углеводы — лактоза, фруктоза, сорбит. Аскорбиновая кислота, как и другие органические кислоты, повышает биодоступность железа, восстанавливая его в хелатных комплексах. Аминокислоты - гистидин, лизин, цистеин — повышают биоусвоение железa. Для оптимального всасывания Fe необходима нормальная секреция желудочного сока и адекватное количество витаминов группы В - рибофлавина и пиридоксина в рационе. Железо из животной пищи усваивается в несколько раз лучше, чем из растительной (в комплексе с аминокислотами, в первую очередь - с цистеином).. Железо усваивается значительно лучше из пищи с низким содержанием кальция. Медь, кобальт, марганец необходимы для усвоения железа Всасываемость железа в кишечнике взрослого человека составляет приблизительно 20% от его содержания в обычном рационе
Препятствуют всасыванию данного микроэлемента: ахилии, дефицит в рационе меди и никеля, уменьшение кислотности желудочного сока, продолжительный прием антацидов или специальных препаратов для уменьшения кислотности желудочного сока. Аспирин и другие нестероидные противовоспалительные средства могут провоцировать потерю железа, вызывая «немые» внутренние желудочные кровотечения. Вегетарианство (диета, не содержащая мяса) способствует дефициту железа в организме. Пища в желудке уменьшает способность всасывать дополнительное количество железа. Соли фитиновой кислоты, фитаты, соержащиеся в пресном тесте из муки цельного помола, хлебных злаках и в темной овощной зелени, связывают ионы железа в желудке и препятствуют его всасыванию. Клетчатка и фосфаты затрудняют всасывание железа. Фосфобелки, содержащиеся в яйцах, уменьшают усвоение железа организмом. Также уменьшить способность к всасыванию железа может молоко, поскольку лактоферрин молока связывает свободное железо. Кофе и чай могут уменьшить способность усваивать Fe за счет связывания полифенольными соединениями. Уменьшается поглощение железа при связывании с пищевым консервантом этилен-диаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА), которая добавляется во многие продукты: газированные напитки, приправы, майонезы, соусы.
Суточная потребность взрослого человека в железе у взрослого человека составляет 10—20 мг.
Дефицит железа— наиболее распространенное отклонение обмена элементов, а железодефицитная анемия встречается у 1/5 населения Земли (Sanstead А, 2000).
Железодефицитное состояние (гипосидероз) — один из наиболее распространенных микроэлементозов человека, клинические формы которого крайне разнообразны (от латентных состояний до тяжелых прогрессирующих заболеваний с типичными органно-тканевыми повреждениями. Причинами являются снижение поступления железа с пищей в организм, Острые и хронические кровопотери, нарушение всасывания железа в ЖКТ, повышенный расход (беременность, лактация, рост и созревание), перераспределение железа в результате воспалительных и опухолевых процессов, нарушение транспорта железа (снижение синтеза транферрина и др.).
Гипосидероз имеет вполне очерченную клиническую картину:
— это гипохромная анемия- поздняя стадия гипосидероза;
— миоглобиндефицитная атония скелетных мышц;
— повышенная утомляемость и легкая возбудимость, переходящая в депрессию; головные боли; головокружение; обмороки;
— миоглобиндефицитная миокардиопатия: боли в области сердца, сердцебиения;
— атрофический глоссит; гингивит; хейлит; сухость слизистой оболочки полости рта и языка; сидеропенический атрофический ринит; атрофический гастрит; желудочная диспепсия; извращение аппетита и вкуса; сидеропеническая дисфагия - синдром Пламмера-Винсона, проявляющийся атрофией слизистой оболочки пищевода, желудка и кишечника с задержкой пищевого комка на уровне перстневидного хряща; формированием ложковидных ногтей, себорейным дерматитом лица, диффузным гиперкератозом; блефароконъюнктивитом; кератитом; куриной слепотой и пр.; порфиринурия;
— иммунодефицитные состояния, проявляющиеся частыми инфекционными заболеваниями: снижение Т-клеточного иммунитета и эффективности фагоцитоза, которые обеспечивают защиту от различного рода инфекций; к тому же в условиях дефицита железа микроорганизмы усиленно продуцируют вещества, которые захватывают железо человеческого организма и используют его для своих нужд, способствуя прогрессированию анемии.
При избытке железа в организме может развиваться дефицит меди и цинка. Гиперсидероз, возникающий вследствие избыточного поступления железа в организм может иметь местный и генерализованный характер. Местный сидероз встречается при внедрении в ткани железных осколков – сидероз глазного яблока с отложением гидрата окиси железа в цилиарном теле, эпителии передней камеры, хрусталике, сетчатке и в зрительном теле. Он наблюдается у шахтеров, имеющих дело с рудой, богатой железом, у электросварщиков и выражается в массивных отложениях железа в ткани легких, а также может провоцироваться ятрогенно, при передозировке железосодержащих лекарств. Иногда гиперсидероз возникает из-за повышенного разрушения гемоглобина - диффузный гемохроматоз с развитием бронзовой окраски кожи, сахарного диабета, цирроза печени с портальной гипертензией, полинейропатии, миокардиопатии, гипогонадизма, хондрокальциноза. Токсические проявления от избытка препаратов железа редко проявляются у здоровых людей и обусловлены окисляющим действием элемента с вероятностью разрушения тканей. Высокие дозы могут вызвать боли в желудке и кишечнике и остро возникающие почечные и печеночные некрозы.
Большое количество железа содержится в говядине, в говяжьей печени, рыбе (тунец), тыкве, устрицах, овсяной крупе, какао, горохе, листовой зелени, пивных дрожжах, инжире и изюме, картофеле, в белых грибах, куриных яйцах.
Йод ( J )
Йод является жизненно-важным элементом. Суточная потребность в иоде взрослого человека составляет 100—150 мкг. Дефицит йода может развиться при поступлении этого элемента в организм в количестве менее чем 10 мкг/день, а порог токсичности равен 5 мг/день.
Поступает йод в организм с продуктами растительного и животного происхождения и отчасти с водой. Всасывается йод преимущественно в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта. Прием натуральных продуктов не вызывают побочных эффектов, даже при избыточном содержании в них йода.
В норме в организме человека содержится 15-25 мг йода, причем половина от этого количества находится в щитовидной железе. Выводится йод из организма преимущественно через почки.
Йод обладает высокой физиологической активностью и является обязательным структурным компонентом тиреотропного гормона и тиреоидных гормонов щитовидной железы. Через гормоны щитовидной железы иод участвует в росте и дифференциации клеток всех тканей, поглощении кислорода и митохондриальном дыхании с регуляцией протонного шунта и, следовательно, в метаболизме всех видов и теплообразовании, но в особенности - индукции генов по синтезу глюкокиназы, альфаглицеролтрифосфатдегидрогеназы, малатдегидрогеназы, ферментов орнитинового цикла; в образовании пептидных связей, работе транспортной РНК; в регуляции трансмембранного транспорта натрия и гормонов. Таким образом, основными функциями йода в организме являются:
участие в регуляции скорости биохимических реакций;
участие в регуляции обмена энергии, температуры тела;
участие в регуляции белкового, жирового, водно-электролитного обмена;
участие в регуляции обмена некоторых витаминов;
участие в регуляции дифференцировки тканей, процессов роста и развития организма, в том числе нервно-психического;
индукция повышения потребления кислорода тканями.
Более 30 миллионов людей в мире, согласно данным ВОЗ (2000) страдают поражениями мозга, вследствие эндемической недостаточности иода. Механизм нейрохимической активности иода связан с его эссенциальной ролью в биосинтезе тиреоидных гормонов. Дефицит иода наиболее характерен для высокогорья или большой удаленности от океана. Эндемична по иоду и значительная часть территории России. Это Забайкалье, Алтай, Тува, Северный Кавказ, Башкортостан, Ивановская, Ярославская, Архангельлская область и т. д.
Декомпенсация и утяжеление иоддефицитных заболеваний обусловлены не только прекращением йодной профилактики, но и изменением структуры питания населения России, в том числе детей. В последние годы продолжается снижение потребления наиболее ценных в биологическом отношении пищевых продуктов, содержащих иод — морской рыбы и морепродуктов, мяса и мясопродуктов, молока и молочных продуктов, яиц, фруктов и овощей.
При дефиците иода возникает эндемический зоб с гипотиреозом, проявляющийся замедлением всех видов обмена веществ, развитием своеобразного заболевания - микседемы. Помимо этого, для недостатка иода в организме характерны артериальная гипертензия, отставание в росте и умственном развитии у детей; тератогенный эффект у плода, глухонемота, спастические параличи; бесплодие. Возможно формирование болезни Хасимото, т. е. аутоиммунного лимфоматозного тиреоидита с резкой болезненностью области щитовидной железы и иррадиацией боли в ухо.
Гипертрофия щитовидной железы иногда возникает при недостатке в питании кобальта, меди, молибдена, кальция.
Постоянный недостаток иода приводит, в первую очередь, к снижению синтеза и секреции основного гормона щитовидной железы тетрайодтиронина, что по принципу обратной связи стимулирует синтез и секрецию тиреотропного гормона (ТТГ) гипофизом. Под его влиянием усиливается поглощение иодида щитовидной железой из циркулирующей крови, стимулируется синтез тиреоидных гормонов, причем синтезируется относительно большее количество трийодтиронина, для которого требуется меньше иода, чем для тетрайодтиронина, ускоряется кругооборот иода в щитовидной железе. Все это адаптационные механизмы экономии иода. Вместе с тем, под влиянием ТТГ происходят пролиферация тиреоцитов и накопление коллоида в фолликулах. Так формируется зоб — диффузный, узловой, диффузно-узловой, многоузловой. Детям и подросткам свойствен диффузный зоб, взрослым - узловые формы зоба. С морфологической точки зрения это коллоидные в разной степени пролиферирующие зобы. С клинической точки зрения эндемический зоб на протяжении многих лет может быть эутиреоидным. Уровень ТТГ в крови у этих больных остается в пределах нормы, поскольку адаптация к иоддефициту приводит к установлению равновесия на новом уровне — эутиреоидное состояние сохраняется за счет увеличения объема щитовидной железы. Когда же ее компенсаторные возможности оказываются исчерпанными, развивается гипотиреоз и другие иоддефицитные заболевания.
В настоящее время к иоддефицитным заболеваниям относят снижение фертильности, мертворождения, врождённые аномалии развития, повышенную перинатальную смертность, кретинизм, зоб эутиреоидный или с гипотиреозом или многоузловой токсический, задержку психического и физического развития у детей и подростков, ухудшение интеллектуальных способностей у взрослых. Все эти последствия йодного дефицита связывают с недостаточной продукцией тиреоидных гормонов и компенсаторными реакциями, направленными на преодоление этой недостаточности.
Дефицит иода, а следовательно и дефицит тиреоидных гормонов — даже относительный и тем более абсолютный приводит у детей к значительно более тяжелым последствиям, чем у взрослых, причем, чем младше ребенок, тем тяжелее последствия иоддефицита. Даже легкий недостаток иода, которому подвергается плод, отрицательно влияет на после дующее нейропсихическое развитие. Самым тяжелым проявлениеми иоддефицита является кретинизм - неизлечимая патология. Для него характерны тяжелая умственная отсталость, низкорослость, деформация скелета, глухонемота.
Избыток иода в организме с симптомами интоксикации может возникнуть при передозировке медикаментозных препаратов иода или при их кумуляции. Так, ранее применявшееся активное лечение диффузного токсического зоба иодом, иногда приводило к серьезному обострению заболевания с характерными признаками тиреотоксикоза: струма; экзофтальм, тахикардия, двигательное беспокойство с легким тремором; повышенная психическая возбудимость с аффективностью и ускоренной речью; истощение, поносы, чувство голода, несмотря на полноценное питание; субфебрилитет, гипергидроз; миопатия и ощущение усталости.
Известны некоторые генетически обусловленные заболевания, сопровождающиеся избытком иода в организме. К ним относятся, например, синдром Пендреда - ферментопатия тиреоидпероксидазы с нарушением утилизации иода, что сопровождается врожденной двусторонней тугоухостью по высоким тонам; эутиреоидным зобом, а также болезнь Пламмера, токсическая аденома щитовидной железы с периодически возникающей экстрасистолией, тахикардией, трепетанием предсердий при отсутствии глазных симптомов тиреотоксикоза.
Синергистом J является селен. Кобальт усиливает один из механизмов, компенсирующих недостаточность иода, а именно синтетическую активность щитовидной железы, не влияя на ее массу. Литий, мышьяк, ртуть, сурьма - антогонисты иода, а препараты лития вызывают тяжелый гипотиреоз. Дисбаланс ряда микроэлементов, как, например, цинка, селена, кобальта, марганца, меди, ртути, кадмия, может оказывать потенцирующее влияние на дефицит иода или препятствовать его усвоению щитовидной железой даже в условиях его нормального потребления.
Основными источниками йода для организма человека являются морепродукты, а также применяемые в пищевой промышленности йодофоры и йодированная соль. Содержание йода в пищевых продуктах и питьевой воде значительно варьируется. Количество йода во фруктах и овощах зависит от состава почвы и удобрений, а также от того, какую обработку прошли эти продукты.
Наиболее богаты йодом такие морепродукты, как треска, красные и бурые водоросли, пикша, палтус, сельдь, сардины, креветки.
Кобальт ( Со )
Физиологически активной формой кобальта является витамин В12, а недостаточность в организме кобальта - это, по своей сути, недостаточность витамина B12 с характерной симптоматикой мегалобластической анемии. Кобальт хорошо усваивается организмом из пищи — 0,30—1,77 мкг в сутки, а из воды — 10 мкг.
Жизненная необходимость кобальта была установлена в ходе эндемических исследований у овец крупного рогатого скота, а у человека проявляется пернициозной анемией (болезнь Адисона-Бирмера). Кобальт является кофактором витамина B12, который входит в состав метилтрансферазы участвующий в процессе метилирования ДНК и липидов, входящих в состав миелинового вещества.
Потребность человека в кобальте составляет 3 мг/кг в день.
Кобальт активирует ряд ферментов, которые учавстствуют в обмене жирных кислот; этот процесс особенно важен для энергетической утилизации жирных кислот вместо глюкозы при сахарном диабете или голодании; ферментов, восстанавливающих метионин и обеспечивающих метаболизм фолиевой кислоты, участвует в синтезе нуклеиновых кислот. Кобальт способствует регуляции синтеза и кинетики катехоламинов при посредничестве кальция и магния. Кобальт-кофактор ферментов участвует в процессах кроветворения и регенерации, продукции тиреоидных гормонов и биосинтезе миелина. Органические соединения кобальта оказывают гипотензивное и коронарорасширяющее действие. Кобальт нейтрализует in vivo оксид азота, гиперпродукция которого при сепсисе вызывает шок, т.е. кобальт выступает антишоковым фактором при сепсисе, менингоэнцефалите, массивных хирургических операциях и синдроме сдавления.
В организме человека кобальт концентрируется преимущественно в печени, меньше - в щитовидной железе, надпочечниках, почках, лимфатических узлах, в поджелудочной железе.
Экзо- и эндогенный дефицит кобальта в организме чаще всего связан с заболеваниями органов пищеварения — атрофическим гастритом, различными формами энтерита, сопропождающегося синдромом мальбсорбции. При дефиците наблюдается дегенерация центральной и периферической нервной системы, дистрофия костей, усиление аллергии немедленного типа; возникает мегалобластическая анемия. Дефицит кобальта может также провоцировать развитие эндемического зоба, поскольку он необходим для нормального синтеза тироксина.
Кобальт — составная часть молекулы витамина B12, недостаток которого наиболее ощутим в местах быстрого деления клеток, например, в кроветворных тканях костного мозга, в органах иммунной системы, нервных тканях, в коже и слизистых оболочках. Наиболее характерными проявлениями дефицита кобальта являются: анемии; дегенерация костного мозга; дегенеративные изменения в спинном мозге; нарушения функций нервной системы - депрессия, расстройства сна, ухудшение памяти; заболевания эндокринной системы (в т.ч. - эндемический зоб); нарушения менструального цикла; заболевания системы кровообращения; гиперпигментация кожи.
Биогеохимические провинции с эндемическим дефицитом кобальта, что имеет место на территории России в Ярославской области, являются местами эндемического распространения акобальтоза среди животных. У детей в этих районах отмечается снижение функции щитовидной железы, а также анемические состояния.
При дефиците кобальта могут беспокоить общая слабость, утомляемость, проявления дисфункции вегетативной нервной системы, нарушения чувствительности, перебои в работе сердца, хронические рецидивирующие инфекции, у детей замедление развития.
Йод, марганец, медь, никель усиливают усвоение кобальта, а натрий - замедляет. Дефицит железа приводит к усилению абсорбции кобальта в пищеварительном тракте — антагонизм на уровне всасывания с железом. Чем меньше железа всасывается в кишечнике, тем больше кобальта усваивается. Действие кобальта специфично и не воспроизводится никакими другими элементами, кроме никеля. Выявлено увеличение содержания кобальта, меди и никеля в мозге, особенно в затылочной доле, мозжечке и зрительном бугре. Известна тенденция к снижению концентрации их во внутренних органах у детей с ДЦП, умерших от пневмонии, при повышении содержания кальция и натрия.
Кобальт предотвращает развитие анемии и должен поступать в организм из пищевых источников. Белковая пища способствует усвоению кобальта. У строгих вегетарианцев существует большая вероятность появления дефицита этого минерального вещества в сравнении с теми, кто включает в свой рацион мясо, рыбу, устриц и крабов. Кобальт и витамин B12 полезны лицам, подвергающимся повышенным физическим нагрузкам, спортсменам, так как витамин B12 обладает анаболическим эффектом — способствует увеличению мышечной массы и ускоряет процессы физического восстановления.
Дневная норма кобальта не установлена и только очень малые количества этого минерального вещества нужны в рационе — обычно не более 8 мкг. До 90% получаемого организмом кобальта обеспечивают продукты растительного происхождения: пшеница, греча, зерна какао, чай, кукуруза, орехи (фундук, грецкий), фасоль и горох.
Молибден ( Мо )
Суточная потребность в молибдене составляет около 50 мг/день. Из пищи всасывается от 20 до 80% молибдена. Минимальный уровень, при котором еще не развиваются признаки дефицита — 22 мг/день.
Молибден входит в состав многих ферментов, в частности, активирует ксантиноксидазу, обеспечивающую обмен пуринов и завершающую образование мочевой кислоты в организме человека в аденилоксидазу, сульфатоксидазу и в ряд флавиновых ферментов. Флавиновые ферменты выполняют дезинтоксикационную роль.
Он хорошо всасывается в тонком кишечнике как из продуктов питания, так и из неорганических соединений. Большая часть молибдена откладывается в печени, а потом расходуется на метаболизм железа, поскольку является важной частью фермента, отвечающего за утилизацию железа. Молибден действует на человеческий организм прежде всего как «очиститель» клеток, помогая организму избавиться от альдегидов — вредных продуктов жизнедеятельности дрожжевых грибов, обитающих в толстом кишечнике, способствует предотвращению разрушения зубов; предотвращает токсичное накопление меди, молибден считается необходимым кофактором в ряде ферментативных реакций, проходящих в организме, самая важная из которых предотвращает подагру, ускоряя метаболизм и удаление из организма мочевой кислоты.
Известно существование трех молибден-зависимых ферментов у человека: сульфитоксидаза, ксантиноксидаза и альдегидоксидаза.
Молибден способствует метаболизму углеводов и жиров, помогает предупредить анемию, предотвращает разрушение зубов и импотенцию.
Недостаточность молибдена может привести к риску развития подагры, а также — рака, кариеса и импотенции. Дефицит Мо встречается редко.
Избыток молибдена встречается значительно чаще, чем его дефицит. Показано, что избыточное поступление молибдена приводит к повышению судорожной готовности, появлению слуховых и зрительных галюцинаций. При возникшем, по разным причинам, избытке молибдена и его соединений в организме отмечаются деформация костей, артропатия, мышечная атония, артериальная гипотония; угнетаются некоторые функции костного мозга. Основными источниками молибдена являются: печень, почки; фасоль, горох и темно-зеленые листовые овощи.
Медь ( Сu )
Для человека имеют биологическое значение ионы меди одновалентной (Си1+) и двухвалентной (Си2+). Медь является кофактором более чем 30 различных ферментов благодаря великолепным окислительно-восстановительным свойствам металла. Желчь - основной экскреторный путь для данного микроэлемента и играет первичную роль в гомеостазе меди. Большинство меди накапливается в печени и костном мозге состояния. Медь исключительно важна для процессов ассимиляции железа.
Суточная потребность - для взрослых мужчин и женщин (включая беременных и кормящих грудью) составляет 1,5-3 мг. Всего в организме содержится 72 мг меди.
Медь принимает участие в азотном обмене, входя в состав нитратредуктазного комплекса. В организме участвует в процессах, которые обеспечивают ткани кислородом: образование гемоглобина и формирование эритроцитов. Она входит в состав церулоплазмина человека, является кофактором ферментов цитохромоксидазы и аскорбиноксидазы. Церулоплазмин не только транспортирует медь, но и проявляет оксидазную и феррооксидазную активность. Последняя переводит двухвалентное железо в трехвалентное, реализуемое далее либо в трансферрине с последующим синтезом гемоглобина эритроцитов в костном мозге, либо в активации перекисного окисления. Медь индуцирует образование супероксид-ион-радикала, который при реакции с перекисью водорода в присутствии трехвалентного железа генерирует гидроксидные радикалы, идущие на расщепление патологических элементов — детрита, продуктов воспаления, мутировавших клеток.
Помимо этого медь стимулирует усвоение белков и углеводов; повышает активность инсулина; она способствует более успешному сопротивлению организма инфекциям, усиливает противомикробное действие ряда лекарств, улучшает функцию щитовидной железы.
Дефицит меди приводит к нарушению формирования сердечно-сосудистой системы, скелета, коллагена и эластина. При нормальном питании дефицит меди бывает редко и возникает лишь у людей с белковой недостаточностью при голодании или при энтеритах с синдромом мальабсорбции (синдром нарушения всасывания в тонком кишечнике).
При дефиците меди развивается широкий диапазон аномалий - мальабсорбция, диарея, нарушения пигментации (медь контролирует синтез меланина), гипотония, астенизация, психомоторная заторможенность
Для дефицита меди считается характерным развитие дисплазии соединительной ткани, сопровождающейся повышенной растяжимостью кожи, гиперэластозом; атрофия подкожной жировой клетчатки; формирование дивертикулов желудка и кишечника; возможно появление псевдоопухолей колен и локтей, аневризм аорты и крупных артерий со спонтанными кровоизлияниями, инфарктами миокарда и др. Нередко развивается нейродегенерация с поражением мозжечка и атаксией, судорогами, деменцией, вегето-сосудистой дистонией.
Некоторые симптомы недостаточности меди - бледность кожи, витилиго, высыпания, расширение вен, непереносимость сахара, высокий уровень холестерина в крови, повышенная утомляемость, депрессия, частые инфекции, диспепсические и кишечные расстройства, потеря веса, дегенерация половых желез, депигментация волос, ранняя седина, очаговое выпадение волос, остеопороз.
При избытке меди в организме происходит ингибирование тиоловых групп и извращение всех видов метаболизма. Развивается избыточная реакция перекисного окисления с некрозами и прогрессирующим фибропластическим процессом, усиливается распад белков.
При незначительно повышенном (не токсичном) уровне меди существенно увеличивается вероятность развития ишемической болезни сердца, тревожно-депрессивных синдромов и поражения печени. Передозировка меди в большей степени обусловлена неорганической медью, поступающей с водой (медные трубы, употребление в пищу утренней застоявшейся в водопроводных трубах воды), чем органической медью, поступающей с пищевыми продуктами.
Наиболее яркие клинические признаки интоксикации медью наблюдаются при наследственных врожденных нарушениях медного обмена. Гепатоцеребральная дегенерация (болезнь Вильсона-Коновалова) характеризуется чрезмерным накоплением меди в печени, мозге, почках, роговице, где и наблюдаются клинические признаки заболевания. Болезнь Менкеса или синдром «курчавых волос» заболевание, характеризующимся специфическими волосами, выраженной олигофренией, неврологическими нарушениями, и преждевременной смертью. При данной патологии развивается обширная дегенерация мозговой коры и белого вещества.
Отдельные симптомы избытка меди - мышечные боли, раздражительность, депрессия.
Медь исключительно важна для процессов усвоения железа. Излишнее употребление и накопление железа или цинка приводит к дефициту меди в организме. Соотношение Cu/Zn — одна из важнейших констант в организме человека. Молибден, марганец, а также кадмий и свинец при поступлении в больших количествах могут нарушать усвоение и биологические функции меди. Избыток меди приводит к дефициту цинка и молибдена.
Добавки цинка, марганца, молибдена и витамина В6 снижают повышенный уровень меди.
Основной источник меди в пищевых продуктах: огурцы, печень, орехи (фундук, грецкий) плоды шиповника, сыр, грибы, бобовые, гречневая крупа.
Марганец ( Мn )
Марганец — эссенциальный элемент и кофактор более чем 30 ферментов, участвующих преимущественно в реакциях фосфорилирования. Марганец является важным кофактором формирования межклеточных контактов с участием интегринов, что особенно важно в процессах клеточного роста: рост дендритов и аксонов и формирование нейрональных сетей.
В норме в организме взрослого человека массой 70 кг имеется 10—20 мг (0,18—0,36 ммоль) марганца. Суточная потребность: 2—9 мг.
Марганцем наиболее богаты органы, которые содержат значительное количество митохондрий: мозг, печень, почки, поджелудочная железа, и кишечник. Основной путь экскреции - желчь.
Всасывается менее 5% от поступившего в желудочно-кишечный тракт с пищей. Оксалаты, соединения кальция, железа, селена, фосфаты ухудшают всасывание микроэлемента. Высокие концентрации марганца определяются в эпифизе, обонятельной луковице, базальных ганглиях, в черной субстанции, гипоталамусе.
Человеку марганец необходим для нормального метаболизма жира, для построения костей и соединительных тканей, выработки энергии, синтеза холестерина и нуклеотидов (ДНК), необходимых каждой делящейся клетке. Существует обратная связь между марганцем и железом. При дефиците железа возрастает усвоение организмом марганца.
Марганец активирует такие ферменты, как фосфоенолпируваткарбоксикиназу, где конкурирует с железом; пируватдекарбоксилазу, аминотрансферазы, карбоксилазы, щелочную и кислую фосфатазы; киназы, особенно необходимую при синтезе хрящевой ткани. Помимо этого, он активирует катехол-о-метилтрансферазы, стимулируя метаболизм катехоламинов, и осуществляет регуляцию аденилатциклазы, а также супероксиддисмутазы митохондрий. Марганец стимулирует аргиназу для синтеза мочевины, глутаминсинтетазу для детоксикации аммиака.
Симптомами недостаточности марганца являются: хрупкость костей, дерматиты, непереносимость сахара; инсулинрезистентный сахарный диабет, повышение уровня холестерина сыворотки крови, жировой гепатоз, диспепсический синдром;дегенеративные изменения в яичниках и яичках, бесплодие, половая дисфункция, непереносимость алкоголя и судорожный синдром у детей и эпилепсия у взрослых.
У детей при дефиците марганца отмечается повышенная склонность к респираторным, пищевым, кожным аллергозам, к невротическим реакциям и судорожным явлениям. Выраженный дисбаланс марганца встречается у детей с ДЦП, с задержкой психо-речевого развития, при сахарном диабете.
Для избытка марганца характерны паркинсонизм, изменение психики и памяти; рахит и артрит; гипотиреоз;
Основными мишенями токсического действия марганца является ЦНС и бронхолегочный эпителий. Исследования показали, что значительное повышение содержания марганца в загрязненном воздухе, увеличивает риск развития паркинсонизма. Марганец является индустриально опасным агентом и фактором риска в сталелитейной, электрической, керамической, стеклянной промышленности.
Естественные источники марганца: печень, зеленые листья овощей, фасоль, горох, гречка, орехи, особенно арахис; неочищенные крупы (бурый рис, дикий рис); мука пшеничная с отрубями, ржаная, соя, картофель, свекла, помидоры, черника, чай.
Селен ( Sе )
Этот микроэлемент стимулирует в нашем организме иммунитет; является антиоксидантом и обладает защитным влиянием на цитоплазматические мембраны, не допуская их повреждения и генетического нарушения. Он способствует нормальному развитию клетки. Селен, наряду с кобальтом и магнием, является фактором, который противодействует нарушению хромосомного аппарата.
Суточная потребность в организме составляет 0, 01 мг в сутки.
Необходимость селена для организма человека была выявлена в Китае в 1979 г. при изучении этиологии и патогенеза кардиомиопатии, которая затем была определена как селендефицитная. Это состояние было названо болезнью Кешана.
Ионы селена активируют окислительно-восстановительные ферменты митохондрий и микросом, глутатион-редуктазу, глутатионпероксидазу, цитохром Р-450; участвуют в синтезе гликогена, синтезе АТФ, в передаче электронов от гемоглобина к кислороду; поддерживают обмен цистеина; потенцируют работу а-токоферола; являются антидотом против тяжелых металлов, в том числе ртути, серебра, кадмия.
Все основные и многранные эффекты селена: антиапоптотическое, противовирусное, антибактериальное, противоопухолевое, противовоспалительное и антистрессорное действие, обусловлены экспрессией многочисленных внутриклеточных селен-зависимых ферментов. Описано более 100 селенопротеинов. Среди наиболее важных ферментов выделяют глутатионпероксидазу тиоредоксинредуктазы, включая три цитозольные и две митохондриальные формы, присутствие которых наиболее выражено в кислород-обогащенных органах (мозг, сердце, почки и др.); селенопротеин Р, который синтезируется в особенно больших количествах на поверхности эндотелия головного мозга и играет антиишемическую и антистрессорную роль в нейропротективных механизмах; селенопротеин W, участвующий в активации и биотрансформации тиреоидных гормонов.
Таким образом, селен проявляет уникальные биологические свойства и является эссенциальным МЭ при осуществлении разнообразных функций, включая деятельность мозга, процессы репопуляции нейронов, нейропротекции и формирования фармакотерапевтической реакционноспособности.
Причиной дефицита селена, помимо недостаточного поступления с пищей, могут быть перенесенные в прошлом и имеющиеся у больного в настоящее время заболевания печени, дисбактериоз кишечника, интоксикации (органические вещества, металлы, мышьяк и др.). Имеет значение поступление селена с определенными продуктами: много селена теряется при варке и жарке пищи (до 50%), получении муки из зерна (потери до 75%). Дефицит селена возникает не только при низком поступлении, но и при хронической интоксикации тяжелыми металлами, при заболеваниях печени, а также при лечении фенилкетонурии парентеральным и полусинтетическим питанием. Снижение уровня селена в сыворотке крови менее 0,4 мкмоль/л способствует повышению риска развития инфаркта миокарда в семь раз и в два раза - риска развития злокачественных опухолей.
Дефицит Se ускоряет развитие атеросклероза, ишемической болезни сердца; существенно повышается риск возникновения инфаркта миокарда. Отмечена взаимосвязь между дефицитом селена и частотой внезапной «колыбельной» смерти у детей. Выявлена зависимость между частотой возникновения рака и дефицитом селена в рационе питания. Самая высокая корреляция отмечается между дефицитом Se и раком желудка >простаты>толстого кишечника>молочной железы, а также раком легких и лимфомой. При дефиците селена возрастает вероятность мужского бесплодия, т. к. селен обладает выраженным защитным действием по отношению к сперматозоидам и обеспечивает их подвижность.
В России к селендефицитным провинциям относятся, в первую очередь, Северо-Западный регионы (Карелия, Ленинградская область), Иркутская область, Верхнее Поволжье — Ярославская, Костромская и Ивановская область, а также Удмуртия и Забайкалье.
С дефицитом селена связано несколько заболеваний, генетически обусловленных и приобретенных:
Кашина-Бека болезнь (уровская болезнь; деформирующий остеоартроз эндемический): остеоартроз с множественной деформацией суставов, позвоночника и конечностей, сопровождающийся малым ростом, гиперлордозом поясничного отдела позвоночника, брахидактилией.
Кешана болезнь (эндемическая миокардиопатия): увеличение размеров сердца с очаговыми некрозами; прогрессирующая сердечная недостаточность; поражение скелетных мышц. Чаще болеют дети, а также женщины в период беременности. Заболевание обусловлено эндемическим дефицитом селена в географических зонах от северо-востока до юго-запада Китая; в Ярославской, Читинской, Удмуртской, Забайкальской областях.
Гланцмана-Негели болезнь (наследственная тромбастения). Для этого заболевания характерны кровоизлияния в кожу — петехии; носовые кровотечения и кровоизлияния в слизистые оболочки различных органов. Количество тромбоцитов остается нормальным, но сами они деформируются. Увеличивается время ретракции сгустка крови при остальных нормальных показателях ее свертывания. Отмечается дефицит глицерофосфат-ДГ и глутатион-пероксидазы тромбоцитов с провокацией перекисного окисления мембран тромбоцитов в случаях неспецифического стресса.
Помимо вышеописанного, были достаточно четко определены и другие особенности поведения селена в организме:
• при дефиците селена в организме развивается дистрофия поджелудочной железы, нарушается абсорбция жиров, возникает недостаток жирорастворимых витаминов, например, витамина Е;
• при дефиците селена иногда наблюдается латентное течение иммунодефицитного синдрома с фиброзно-кистозными мастопатиями, папилломатозом, астенией и психастенией, блокадой правой ножки пучка Гисса. Причем застойная кардиомиопатия может быть единственным признаком заболевания.
При избытке селена общая клиническая симптоматика полиморфна и мало чем отличается от цинкдефицитных состояний, за исключением отсутствия кардиомиопатии. При избытке селена также как и при дефиците цинка наблюдается поражение кожи (хронические дерматиты, шелушение), волос (выпадение), ногтей (расслаивание ногтевой пластинки), зубов (повреждение эмали). Кроме того, могут быть проявления в виде артритов, нервных расстройств. Избыток селена обнаружен на Южном Урале.
Содержание селена в пищевых продуктах: высокое (больше 10мкг) - крабы, оливковое масло, морские водоросли, маслины; среднее ( от 1- до10 мкг) – мясо, орехи, чеснок, пшеничные отруби.
Хром ( Сr )
Только две стабильные формы хрома - трехвалентная и шестивалентная биологически активны, при этом физиологические свойства имеет только трехвалентный хром. Соединения шестивалентного хрома провоцируют патологические процессы, они способны проникать через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры и накапливаться в тканях плода и в мозге, вызывая отклонения в развитии мозга.
Суточная потребность человека в хроме составляет 50—200 мкг, хотя Всемирной организацией здравоохранения официальных норм потребления хрома не установлено. Общепринято полагать, что 90 мкг — это среднее количество, потребляемое взрослым человеком.
Хром всасывается в начальных отделах тонкого кишечника, причем усвоение его не превышает 0,4-0,7% от поступающего с пищей количества. Физиологический трехвалентный хром всасывается менее активно (до 1%), чем токсический шестивалентный (до 10% ).
Основная роль трехвалентного хрома в организме — регуляция уровня сахара крови в качестве «фактора толерантности к глюкозе»; недостаток хрома формирует диабет второго типа. Хром физиологически неразрывно связан с инсулином по перемещению глюкозы из крови в ткани организма для текущего метаболизма или депонирования и существенно усиливает его действие. Биодоступность хрома повышает никотиновая кислота и ее коферментная форма никотинамид. Выше усваиваемость хелатных соединения хрома - хром-пиколината и хром-никотината.
Дефицит хрома в организме сопровождается следующими патологическими проявлениями: снижение толерантности к глюкозе, повышение концентрации инсулина в крови, глюкозурия, повышение концентрации триглицеридов и холестерина в сыворотке крови, увеличение количества атеросклеротических бляшек в артериальных сосудах и повышение риска развития инсульта и инфаркта миокарда;
При недостатке йода хром избыточно повышает функциональную активность щитовидной железы, возможно формирование энцефалопатии, периферических полинейропатий, нарушений когнитивной и мнестической функций ЦНС, снижения репродуктивного потенциала.
Сахар усиливает потери хрома из организма при избыточном потреблении сладостей, белого хлеба, макаронных изделий. В почвах некоторых регионов России отмечен дефицит хрома и недостаточное поступления этого микроэлемента в организм местного населения.
При избыточном поступлении в организм хрома может развиться гипогликемия из-за сверхчувствительности тканей к инсулину.
Хром накапливается в мононуклеарных клетках печени, селезенке, почках, костях и костном мозге, оказывая общее токсическое действие, в том числе гепатотоксическое и нефротоксическое. При избытке хрома снижается иммунологическая реактивность организма; возможен канцерогенный и аллергизирующий эффект. Наиболее часты поражения кожи — дерматиты, экземы, язвы, а также астматические бронхиты, реже бронхиальная астма, пневмосклероз.
Основными источниками хрома являются: пшеничные ростки, печень, сыр, бобы, горох, цельные зерна, сухие грибы, черный перец, но особенно много хрома содержится в пивных дрожжах,
Фтор ( F )
В окружающей человека среде фтора содержится много: в почве 30—320 мг/кг; в пресной воде — 0,5 мг/л; в морской — воде 1 мг/л. Суточная потребность во фторе составляет для взрослого человека 2—4 мг. В желудочно-кишечном тракте всасывается 60—97% от всего количества, поступившего с пищей и водой. Улучшают всасывание фтора соляная кислота, фосфаты, сульфаты, железо, молибден, а ухудшают — кальций, магний и алюминий в виде препарата альмагель и ему подобных.
Фтор как микроэлемент выполняет следующие функции в организме человека: адаптация пластичности соединительной ткани и прочности хряща и коллагена; образование центров кристаллизации апатита внутри костной массы и в корковом слое вместе с кальцием и магнием; инициирование минерализации костей, но не предупреждение их переломов; активизации аденилатциклазы; изоцитратдегидрогеназы печени; ингибирование ряда ферментов: аконитазы, эстеразы печени, липазы; лактатдегидрогеназы на уровне связи иона цинка с гистидином и аргинином; сукцинатдегидрогеназы, особенно в мышцах; в особых ситуациях замещает йод в щитовидной железе.
Симптомы дефицита фтора: кариес, преждевременное стирание эмали зубов; остеопороз, ухудшение роста тела, заживления ран и переломов; усугубление атеросклероза и ишемической болезни сердца; вторичный иммунодефицит, сопровождающийся хроническим тонзиллитом.
При избытке ионов фтора в организме, что иногда наблюдается при его повышенном содержании в питьевой воде, более 1,5—5 мг/л, могут возникать ряд патологических состояний:
• флюороз — пятнистость эмали зубов; По флюорозу в нашей стране эндемичны: Центральный нечерноземный район, Кольский полуостров, Западная Сибирь, отдельные зоны Московской области.
• гиперпаратиреоз с уплотнением компактной части костей;
• у детей ранняя дифференцировка скелета; у взрослых - сочетание остеосклероза с остеопорозом и остеомаляцией;
• остеохондроз и спондилез; кифоз; обызвествление связок, сужение костно-мозгового канала локтевой кости и пястных костей;
• желчнокаменная и мочекаменная болезни;
• раннее старение;
• белковая и жировая дистрофия периферических нервов, миокарда, поджелудочной железы, почек, печени, легких, половых желез, эндокринных органов, клеток центральной нервной системы;
• капилляропатия кожи с пятнами Чиззола цвета от серо-коричневого до голубого;
Фтором богаты чай, морская рыба, преимущественно сардины, копченая сельдь, макрель, лосось и любая пища, приготовленная на фторированной воде. Фтор, поступающий с пищей, может быть связан алюминием, попавшим с поверхности алюминиевой посуды или препаратами, содержащими алюминий, например, альмагель, фосфалугель.
Таким образом, важнейшие функции организма человека – реализация генетической информации, образование субклеточных структур, метаболические процессы, выработка энергии, функционирование всех органов и систем находятся в зависимости от количественного и качественного содержания в организме минеральных веществ. Изучение их биологической роли является актуальным для современной медицины, а новые научные исследования, уточняющие место макро- и микроэлементов в этиологии, патогенезе и особенностях течения многих заболеваний, дадут возможность повысить эффективность их лечения и профилактики.