МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ТЕМУ: «МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И ИХ РОЛЬ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА»

МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ТЕМУ:  «МИКРОЭЛЕМЕНТЫ И ИХ РОЛЬ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА» Развивая учение о биосфере, Б. И. Вернадский установил, что химический состав   организмов   связан   с   химическим   составом   земной   коры,   при   этом организмы   определенных   видов   имеют   особенности   химического   состава, которые также характеризуют их как морфологические и физиологические признаки. Химический состав организмов связан с их эволюцией, в процессе которой они выработали способность к избирательному поглощению из среды определенных   химических   элементов   и   концентрации   их   в   определенных органах и тканях. Между   организмом   и   окружающей   средой   непрерывно   осуществляется обмен   веществ.   Обменные   процессы   составляют   биохимические   пищевые цепи.   Эти   цепи   включают   почвообразующие   породы,   почвы,   воздух,   воды, поглощаемые растениями и превращаемые в вещества растений; соединения, входящие в состав животных организмов, а также поступающие в организм человека в виде пищи растительного и животного происхождения. Важную   роль   в   развитии   организмов   и   регуляции   процессов   их жизнедеятельности   играют   широко   распространенные   катионы   и   анионы: калия, натрия, кальция, магния, лития, железа, меди, цинка, а также других ионов,   которые   присутствуют   в   очень   небольших,   но   достаточных   для сбалансированного   обмена   веществ   количествах   и   называются микроэлементами. Микроэлементы   обладают   высокой   биологической   активностью   и участвуют в самых различных биохимических и физиологических процессах: белковом,   жировом,   углеводном   обменах,   синтезе   витаминов,   газообмене, теплообмене,   тканевом   дыхании,   клеточном   делении,   образовании   костной ткани,   кроветворении,   иммунологических   реакциях   и   т.   д.   Роль микроэлементов в обмене веществ, прежде всего, связана с их влиянием на активность   ферментов,   особенно   металлозависимых   и   металлосодержащих. Микроэлементы­металлы   известны   как   ингибиторы   или   активаторы ферментов и компоненты их синтеза в организме. Некоторые микроэлементы входят в состав гормонов и витаминов. Влияние микроэлементов на обменные процессы зависит не только от их качественного состава, но и от их количества. Для каждого из них существуют пороговые   концентрации,   как   нижняя,   так   и   верхняя,   определяющие нормальное физиологическое состояние организма. Дисбаланс – недостаток или избыток – различных микроэлементов в составе постоянно потребляемых человеком   воды   или   продуктов   питания   вызывает   изменение   в   обмене веществ,   что   ведет   к   нарушениям   функций   органов,   патологическимсостояниям   и   заболеваниям.   Заболевания,   вызванные   такими   причинами, называются эндемическими. Чем   же   объясняется   столь   большое   влияние   на   организм   человека конкретных   минеральных   веществ   и   микроэлементов?   Рассмотрим   их распределение и роль в организме человека. Натрий и калий (Na, K). Встречаются  только  в  виде  ионов. Ионы натрия  играют  важную  роль в процессах   внутренней   циркуляции   воды   в   организме,   а   также   в   создании осмотического давления. Ионы калия в малых количествах уменьшают число сердечных   сокращений,   а   в   больших   вызывают   состояние   крайнего расслабления, так называемое калиевое торможение. Суточная потребность человека в натрии и калии составляет 4–6 г и 2–3 г. соответственно. Магний (Mg). Необходим для действия некоторых ферментов, катализирующих распад углеводов,   а   также   для   ферментов   фосфорного   обмена –   фосфатаз   и фосфофераз. Большая часть магния находится в составе костной ткани, то есть в нерастворимом состоянии. В плазме крови, в эритроцитах магний в основном   содержится   в   виде   ионов.   При   недостатке   магния   развивается нарушение   сердечной   деятельности,   а   избыток   солей   магния   вызывает депрессию и сон (магнезиальный наркоз). Кальций (Ca). В основном (до 99 %) содержится в костной и зубной тканях. Остальной кальций входит в состав крови и тканей. Понижение концентрации кальция в плазме крови  приводит к перевозбудимости  нервной системы. Содержание кальция   в   крови   регулируется   гормоном   паращитовидных   желез   – парагормоном. Суточная потребность в кальции – 0,7–0,8 г. Молибден (Mo). Входит   в   активный   центр   фермента   ксантиноксидазы.   Однако   при   его избытке   усиливается   синтез   фермента,  и,  как   следствие   этого,  у   человека появляется эндемическое заболевание – молибденовая подагра. Стронций (Sr). Входит в состав костей. Избыток стронция при недостатке кальция влияет на фосфатазу, окислительный и энергетический обмен образующейся костной ткани,   что   приводит   к   деформирующему   артрозу   (уровской   эндемии). Серьезные последствия имеет радиационное поражение организма, связанное с поглощением радиоактивного избытка стронция – стронция­90. Попадая в организм человека в составе пищевых продуктов или воды, он испускает  γ- частицы   (гамма­частицы),   вызывающие   необратимые   патологические изменения в костях и в костном мозге. Кадмий (Cd). Регулирует уровень сахара в крови. Ртуть (Hg).Присутствует   в   молекуле   ДНК   и,   возможно,   участвует   в   передаче наследственной информации. Литий (Li). Контролирует   нервно­психическую   деятельность.   Недостаток   лития   в организме обнаруживается при маниакально­депрессивном психозе и других психических заболеваниях. Очень   важно   соотношение   концентраций   различных   микроэлементов   в организме, так как они могут либо ослаблять (антагонизм), либо усиливать (синергизм) действие друг друга. Так,   при   недостатке   или   даже   нормальном   содержании   меди,   но   при увеличении содержания молибдена и сульфатов снижается синтез некоторых окислительных ферментов и возникает эндемическая атаксия животных. Микроэлементы не взаимозаменяемы, каждый из них играет собственную важную роль в обменных процессах, и поэтому увеличение количества одного из   микроэлементов   не   компенсирует   недостаток   другого   и   не   только   не излечит от эндемического заболевания, но, напротив, может стать причиной дополнительного недомогания. Сбалансированность   обмена   веществ   и   состояние   здоровья   человека   во многом   зависят   от   свойств   окружающей   среды.   В   то   же   время   био­   и геохимическая неоднородность среды обуславливает различия, иногда весьма существенные,   в   процессах   обмена   веществ   между   окружающей   средой   и организмом в различных регионах. В ряду свойств внешней среды, имеющих большое   значение   для   здоровья   людей,   на   одном   из   первых   мест   стоит минеральный состав почвы. Установлено,   что   в   степных   районах   Украины   распространение близорукости   связано   с   пониженным   содержанием   в   почве   меди,   цинка, кобальта и некоторых других элементов. Одной из причин заболевания раком кожи в Краснодарском крае ученые считают пониженное содержание в почве марганца, молибдена, меди и хрома. Другим   важным   фактором,   провоцирующим   любую   эндемию,   является режим питания и обуславливающие его специализация сельского хозяйства и система снабжения населения продуктами питания. Интересны характеристики микроэлементного состава биохимических зон, выделяемых   на   территории   России.   Таежно­лесная   нечерноземная   зона характеризуется недостатком кальция, фосфора, калия, кобальта, меди, йода, молибдена, бора, цинка, но избытком стронция и марганца. В лесостепной и степной черноземной зоне наблюдается недостаток марганца, калия; плохо сбалансированы   с   другими   элементами   йод,  цинк,   молибден.   Сухостепная, полупустынная   и   пустынная   зоны   отличаются   повышенным   содержанием бора, цинка, часто – стронция, но сравнительно низким – йода, меди, иногда кобальта. Разумеется, имеются определенные различия в биогеохимическойобстановке отдельных участков в пределах каждой зоны. Все эти отклонения от   сбалансированного   и   достаточного   содержания   элементов   являются причинами биохимических эндемий. Рассмотрим   подробнее   причины,   симптоматику   и   распространение некоторых   наиболее   часто   встречающихся   заболеваний,   связанных   с биогеохимическими особенностями среды. Примером   патологической   реакции   организма   в   ответ   на несбалансированность   биогеохимических   факторов   окружающей   среды является   уровская   болезнь   –   от   названия   реки   Уров,   где   она   широко распространена, или болезнь Кашина–Бена – по имени подробно описавших ее врачей.   Основной   симптом   заболевания   –   поражение   костно­суставной системы,   главным   образом   у   молодых   людей:   ограничение   подвижности суставов, изъязвления  хрящей, ограничение роста и деформация костей. С возрастом костно­суставные нарушения усугубляются, что приводит к резко выраженной деформации скелета, в первую очередь, конечностей. Причина заболевания   –   дисбаланс   двухвалентных   металлов:   избыточное   содержание стронция   и   бария   при   недостатке   кальция.   Нарушение   в   солевом   обмене таковы,   что   отношение   содержания   кальция   к   содержанию   стронция   в бедренных костях больного в 6 раз превышает норму, а кальция к барию – в 1,4 раза. Уровская болезнь распространена в Иркутской области, Приангарье, Прибайкалье, Японии, Китае, Монголии, Швеции. Железодефицитная   анемия   –   широко   распространенное   заболевание   в странах,   где   пищевой   рацион   населения   состоит   в   основном   из   злаков   и бобовых   (Индия,   Шри­Ланка,   Филиппины,   Малайя,   Финляндия,   Ирландия, южные   штаты   США,   Таджикистан).   Возникновение   этого   вида   анемии обусловлено высоким содержанием в пищевых продуктах фитатов и таннина, которые   связывают   железо   и   препятствуют   его   поступлению   в   организм. Развитию анемии способствует также дефицит в воде и пищевых продуктах других   элементов   (Co,   Cu,   Mn,   Ni,   Zn),   необходимых   для   нормального протекания различных стадий кроветворения: магний влияет на созревание эритроцитов, медь и никель способствуют утилизации резервного железа и образованию ретикулоцитов. Анализ глазных заболеваний, сопоставленный с картой биогеохимических характеристик территорий, выявил, что повышенная частота близорукости у людей коррелирует с недостатком в почвах (и соответственно в продуктах питания)   Mn,   Cu,   J,   Co.   Наибольший   уровень   заболеваемости   глаукомой регистрируется   в   населенных   пунктах,   расположенных   на   дерново­ подзолистых   кислых   почвах,   содержащих   мало   гумуса,   бедных   барием, железом, кобальтом, но богатых стронцием, марганцем, цинком. Нарушение баланса этих микроэлементов в тканях глаз и организма в целом приводит к повышению   внутриглазного   давления   –   основному   признаку   глаукомы,поражению мелких сосудов, расстройству вегетативной нервной системы и желез внутренней секреции. Существуют медицинские данные о биогеохимическом фоне как факторе (одном   из   многих),   способствующем   возникновению   злокачественных образований. Повышенную заболеваемость раком желудка отмечают у людей, тесно   контактирующих   с   комплексом   элементов   –   ураном,   титаном, цирконием,   цинком,   медью,   свинцом,   хромом,   бериллием.   Исследования, которые проводились в районе Грампианских гор на территории Шотландии, показали   взаимосвязь   между   наличием   в   почве   бария,   мышьяка,   бора, бериллия,   хрома,   меди,   лития,   никеля,   свинца,   а   также   повышенным содержанием ванадия в осадочных породах и воде и заболеванием местного населения   раком   толстой   кишки   и   пищевода.   Существует   обратная зависимость между частотой возникновения рака желудка и содержанием Mg в почве и водах. Канцерогенными считаются: мышьяк (рак легкого, рак кожи), свинец (рак почек, желудка, кишечника), никель (рак полости рта, толстого кишечника),   кадмий   (практически   все   формы   рака,   особенно   рак   легкого, бронхов, простаты). Наконец, следует отметить, что недостаток или избыток микроэлементов в почве или воде в большей степени влияет на развитие хронических болезней сердечно­сосудистой системы. Полагают, что жесткая вода негативно влияет на   сердечно­сосудистую   систему,   по­видимому,   потому,   что   повышенное содержание   кадмия,   кальция,   магния   и   ванадия   неблагоприятны   для деятельности   сердца.   Напротив,   мягкая   вода   с  пониженной   концентрацией магния   и   ванадия   благотворно   влияет   на   сердечно­сосудистую   систему. Положительное действие оказывают также марганец, хром, серебро и цинк, а совместное действие меди и титана вызывает противоположный эффект. Таким   образом,   изучение   нарушения   микроэлементного   состава   в организме   может   использоваться   для   диагностики   некоторых   заболеваний. Объясняется это спецификой нарушений и изменений различных форм обмена веществ, сопровождающих отдельные заболевания. Так, при атеросклерозе в венозной крови повышается содержание Mn и Fe, и снижается содержание Ni и Cu; а в артериальной крови понижается концентрация Zn, Mn, Cu, Co, Mo и увеличивается   Pb,   Cr,   Al;   при   ишемической   болезни   в   сыворотке   крови снижается   концентрация   Zn;   при   гипертоническом   кризисе   в   крови увеличивается   уровень   Cu,   уменьшается   Co   и   Zn.   Сахарный   диабет сопровождается   падением   в   крови   концентрации   Mn.   При   пневмонии понижается содержание в крови Co. В заключение следует отметить, что изменение сбалансированного  содержания микроэлементов в организме человека сказывается на состоянии  организма, может привести к нарушениям в обмене веществ и стать причиной  развития эндемических заболеваний.