научные исследования, выполненные в последние годы, позволили установить жизненную необходимость адекватного поступления макро- и микроэлементов с продуктами питания для механизмов защиты организма от инфекционных агентов.

4775

Существуют различные классификации химических элементов, содержащихся в организме человека. Так, В.И. Вернадский в зависимости от среднего содержания (массовой доли ω, %) в живых организмах делил элементы по декадной системе. Соответственно этой классификации элементы, содержащиеся в живых организмах, делятся на три группы:
Макроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме выше 10 х(-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 х(-3) до 10 х(-5) %. К ним относятся йод, медь, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, кобальт.
Ультрамикроэлементы. Это элементы, содержание которых в организме ниже 10 х(-5) %. К ним относятся ртуть, золото, уран, торий, радий и др.

В настоящее время в литературе ультрамикроэлементы объединены с микроэлементами в одну группу. Однако в этой классификации отражено только содержание элементов в живых организмах, но не указывается биологическая 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 содержаться в организме человека, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов: H, O, Ca, N, K, P, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Mo, V. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.
Примесные элементы. Эти элементы постоянно содержаться в организме животных и человека: Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, Sn, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна.
Примесные элементы (Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb 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 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-ой групп по Ковальскому.

Микроэлементы участвуют в регуляции большинства жизненных процессов и биохимических реакций в нашем организме. В этом смысле их роль вполне можно сравнить с регуляторной ролью гормонов, а последствия хронического дефицита — с тяжелыми гормональными нарушениями. Правда, если здоровый организм сам способен синтезировать необходимое количество гормонов, то большинство микроэлементов он может получить исключительно с пищей или в виде медицинских препаратов. Любой их дефицит рассматривается как общее преболезненное состояние, из которого могут в дальнейшем развиться самые разные заболевания.

Среди множества микроэлементов в организме всего девять являются эссенциальными, т.е. их дисбаланс приводит к возникновению клинических симптомов. Все остальные являются неэссенциальными — им характерны определенные биологические функции, но синдромы дефицита неизвестны. Некоторые из них являются составляющими клеток и тканей как результат адаптации к окружающей среде. Эссенциальные микроэлементы: цинк (Zn), йод (I), хром (Cr), кобальт (Co) (как компонент витамина В 12 ), марганец (Mn), молибден (Mo), магний (Mg), медь (Cu), селен (Se) и железо (Fe). Неэссенциальные микроэлементы: бор (B), фосфор (P), никель (Ni), кремний (Si) и ванадий (V).

С точки зрения биологической функции элементы могут быть разделены на 2 группы:
— кофакторы ферментов (с активирующей, регуляторной и структурно-стабилизирующей функцией); эссенциальные элементы этой группы: цинк, магний, марганец, молибден, медь и железо.
2 — компоненты молекул (могут быть найдены в костях скелета, системе метаболизма и др.); эссенциальные элементы этой группы: йод, хром, кобальт и селен.

Для реализации большинства процессов в организме необходимы огромные затраты энергии и времени. Чтобы сократить эти затраты, в организме существуют эндогенные катализаторы — ферменты. Большинство процессов протекают с их участием. Но для активации ферментов необходимы активаторы — кофакторы, коферменты (от лат. co (cum) — вместе и factor — делающий). Для более чем 300 из ферментов коферментами выступают макро- и микроэлементы. А некоторые ферменты содержат микроэлементы как неотъемлемый компонент своей структуры. Схематически реакции организма можно представить следующим образом: субстрат + фермент + микроэлемент-активатор (кофермент) = реакция. Т.е. при отсутствии микроэлемента реакция либо невозможна, либо она будет протекать, но с огромными затратами энергии и времени.

Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, то есть 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.

Микроэлементы могут проявлять специфическое родство по отношению к некоторым органам и содержаться в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, йод – в щитовидной, фтор – в эмали зубов,алюминиймышьякванадий накапливаются в волосах и ногтях,кадмийртутьмолибден – в почках, олово – в тканях кишечника, стронций – в пигментной сетчатке глаза, бром,марганецхром – в гипофизе и т.д.

В организме 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.

Кислород и водород – 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 90 до 99,5%. 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 – углеродводородкислородазотсера,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%. Максимальное количество белков (примерно 80%) содержится в селезенке, легких, мышцах, минимальное (примерно 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 основное количество 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 гидроксил-, хлор-, фторапатитов общей формулы Ca5(PO4)3X, где Х = ОН, Cl, F 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 – аво внутриклеточных. В виде фторидов натрий и калий входят в состав костной и зубной ткани. Магний в виде фосфата Mg3(PO4)2 содержится в твердых тканях зуба.

Десять металлов, жизненно необходимых для 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 костной ткани. 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 Fe2+ в качестве комплексообразователя входит состав гемоглобина, Co2+ — в витамин В12, Mg2+ — в хлорофилл. Известны многочисленные биокомплексы и других элементов (Cu, Zn, Mo и др.), играющие важную биологическую роль в организме.

На изменение содержания в организме химических элементов влияют различные заболевания. Так, при рахите происходит нарушение фосорно-кальциевого обмена, что приводит к снижению содержания кальция в костной ткани. При нефрите из-за нарушения электролитного обмена уменьшается содержание кальция, натрия, хлора и повышается содержание магния, калия в организме. В поддержании определенного содержания макро- и микроэлементов в организме участвуют гормоны.

Дефицит микроэлементов может быть обусловлен в основном тремя факторами:
1) недостаточным их усвоением (чаще всего обусловлено снижением концентрации микроэлементов в продуктах питания, сниженным всасыванием в ЖКТ — различные заболевания и возрастные изменения в ЖКТ);
2) повышенным потреблением в физиологических и патологических реакциях организма (характерно для спортсменов в период интенсивных физических нагрузок, детей в период интенсивного роста и пубертатного периода, людей пожилого возраста, беременных женщин, при любых заболеваниях в связи с активацией иммунологических реакций и реакций, направленных на сохранение гомеостаза);
3) повышенными потерями (возникают у спортсменов [с потом], при заболеваниях, сопровождающихся эксикозом, лихорадкой [потери с потом] и т.д.).

При недостаточном поступлении минеральных компонентов организм может в течение некоторого времени восполнять создавшийся дефицит путем мобилизации их из тканевых депо, а при избыточном поступлении — повышением выведения. Тканевые депо организма обладают мощными резервами макроэлементов (кальций, магний — костная ткань, калий — мышцы, натрий — кожа и подкожная клетчатка), тогда как резервы микроэлементов в тканях незначительны. Этим и объясняются низкие адаптационные возможности организма к дефициту микроэлементов в пище. Микроэлементы оказывают выраженное взаимное влияние, связанное с их взаимодействием на уровне абсорбции в желудочно-кишечном тракте, транспорта и участия в различных метаболических реакциях. В частности, избыток одного микроэлемента может вызвать дефицит другого. В связи с этим особое значение приобретает тщательная сбалансированность пищевых рационов по их микроэлементному составу, причем всякое отклонение от оптимальных соотношений между отдельными микроэлементами может приводить к развитию серьезных патологических сдвигов в организме.

Залог здоровья — крепкий иммунитет, фундамент иммунитета — макро- и микроэлементы. По причине того, что иммунная система должна мгновенно реагировать на изменения внутренней среды организма и постоянно поддерживать свой потенциал, она является самой требовательной к скорости протекания своих реакций, а значит, и к балансу микроэлементов. Поскольку большинство процессов иммунной системы также ферментативно зависимы (синтез иммуноглобулинов, цитокинов, процессы фагоцитоза), то отсутствие либо недостаток макро- и микроэлементов может привести к тому, что патологические процессы будут протекать быстрее, чем реакции иммунной системы, т.е. она не сможет оперативно реагировать на проникновение антигена в организм. Кроме того, процессы детоксикации и связывания свободных радикалов также невозможны без наличия достаточного уровня микроэлементов. По современной классификации минералы по действию на иммунную систему делятся на:
1) эссенциальные для иммунной системы: Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Se, Mn, Li;
2) иммунотоксичные : Al, As, B, Ni, Cd, Pb, Hg, Be, Vi, Tl, Ge, Au, Sn и др.

Результаты нутрициологических и иммунологических исследований позволили сформулировать общие положения о взаимосвязи между обеспеченностью микроэлементами и уровнем противоинфекционной защиты человеческого организма:
1) неадекватное обеспечение макро- и микроэлементами обусловливает подавление активности различных клеток макроорганизма, в том числе участвующих в неспецифических и специфических механизмах противоинфекционной защиты;
2) нарушения в иммунной системе, вызванные дефицитом макро- или микроэлементов, достаточны для достоверного увеличения риска как осложненного течения, так и летального исхода вирусных, микробных и паразитарных инфекций;
3) коррекция дефицита макро- и микроэлементов в организме человека обусловливает восстановление уровня иммунокомпетентности.

Таким образом, непременным условием нормального функционирования как отдельных иммунокомпетентных клеток, так и иммунной системы в целом является достаточное обеспечение макро- и микроэлементами. Иммунной системой особенно востребованы неорганические ионы.

Цинк требуется для деятельности более чем 100 ферментов, в частности карбоксипептидазы, оксидоредуктазы, трансферазы, алкогольдегидрогеназы, связанных с обменом углеводов, белков, энергетическим обменом, синтезом нуклеиновых кислот, биосинтезом гема, транспортом CO2 и др. Цинк необходим для матурации, пролиферации и функционирования иммуноцитов в связи с его участием в процессах репликации ДНК, транскрипции РНК, деления и активации клетки. Дефицит цинка приводит к нарушению функционирования как неспецифических, так и специфических механизмов защиты макроорганизма. Снижение содержания цинка в организме сопровождается нарушением хемотаксиса полиморфноядерных лимфоцитов, натуральных киллеров, подавлением процессов фагоцитоза, активности механизмов продукции калпротектина. Цинк играет важную роль в поддержании баланса между клеточным и гуморальным иммунитетом. Показано, что in vitro низкие концентрации цинка индуцируют развитие апоптоза CD4+CD8+-тимоцитов, а высокие концентрации цинка блокируют апоптоз, предотвращая активацию эндонуклеазы, которая участвует во фрагментации ДНК. Дефицит цинка приводит к ингибиции Th1-ответа иммунной системы за счет снижения продукции интерферона-γ, TNF-α, IL-2 при сохранении напряжения синтеза IL-4, IL-6 и IL-10 мононуклеарными клетками. Изменения содержания макро- и микроэлементов также предопределяют флуктуации активности продукции гормонов, регулирующих процессы пролиферации и дифференцировки иммунных клеток. Так, показано, что дефицит цинка сопровождается постоянной гиперкортикостеронемией, приводящей к снижению продукции тимулина, развитию лимфопении и к постепенной атрофии тимуса.

Железо является облигатным биометаллом, который участвует в различных физиологических процессах — в тканевом дыхании, биологическом окислении, митозе, биосинтезе коллагена, тирозина, катехоламинов и ДНК, влияет на неспецифические механизмы защиты организма, развитие специфического иммунного ответа. Железо является компонентом гема — структурной единицы гемоглобина, универсальной молекулы, осуществляющей связывание и перенос кислорода к акцепторным клеткам и тканям. Дефицит железа может привести к развитию анемии, снижению уровня резистентности организма к инфекционным агентам, подавлению когнитивной функции. Известно, что ионы железа играют ведущую роль в работе механизмов, регулирующих функциональную активность T-лимфоцитов, а дефицит содержания железа в организме приводит к выраженному нарушению клеточного иммунитета. Недостаточное поступление железа сопровождается снижением активности нейтрофилов, в частности, наблюдается недостаточная продукция миелопероксидазы, натуральных киллеров, а также неэффективная, неадекватная уровню стимуляции продукция фактора роста β1, моноцитарного хемотактического протеина 1, IL-2, IL-8, TNF-α. Процесс дифференцировки иммуноцитов и формирование антительного ответа на возбуждение антигеном связаны с потреблением железа и цинка.

Микроэлементы требуются для активности множества ферментов, которые непосредственно участвуют в процессах неспецифической защиты организма. В частности, железо необходимо для миелопероксидазaзависимой генерации гипохлорной кислоты, которая является бактерицидным фактором. Магний является важнейшим компонентом ферментативных систем, участвующих в белковом, углеводном и жировом обменах. Участие магния необходимо для адекватного функционирования иммунной системы.Медь активно участвует в процессах функционирования центральной нервной и иммунной систем. Дефицит меди сопровождается снижением продукции IL-2 Т-лимфоцитами и активности Th1-ответа при инфекционно-воспалительных заболеваниях. Учитывая, что медь принимает активное участие в индукции факторов транскрипции (ядерного фактора транскрипции NF-κB, NF-AT), киназ (PKC, PI-3-киназы), становится понятным, что невозможно переоценить ее значение в предотвращении развития воспалительного процесса.Бор является не только необходимым компонентом кальций-фосфорного обмена, но и важнейшим фактором, определяющим функционирование иммунной системы. В экспериментальных работах показано, что назначение бора крысам, которые получали бордефицитную диету, приводит к повышению антительного ответа на введение противотифозной вакцины, увеличивает содержание естественных киллеров и цитотоксических Т-лимфоцитов. Марганецявляется активатором многочисленных ферментов, участвует в биосинтезе белка, ДНК, РНК и в углеводном обмене. При его дефиците нарушается репродуктивная функция, развитие опорно-двигательной системы. Фтор стабилизирует содержание кальция в костях, в связи с чем применение фторсодержащих препаратов играет важнейшую роль в профилактике кариеса. Кобальт входит в состав молекулы витамина В12. При его недостатке появляется слабость, понижается аппетит. Недостаток молибдена сопровождается непереносимостью некоторых аминокислот, появлением раздражительности, тахикардии, «куриной слепоты» и серьезных неврологических нарушений. Ванадий способствует снижению уровня холестерина в сыворотке крови. Адекватное обеспечение организма никелем поддерживает уровень глюкозы и холестерина в сыворотке крови в пределах возрастной нормы. Фтор, кобальт, молибден, ванадий, никель также принимают участие в механизмах противоинфекционной защиты.

Источник: http://doctorspb.ru/articles.php?article_id=2116

Источник: http://doctorspb.ru/articles.php?article_id=1089