Мікроелементи

Мікроелементи спричиняють значний вплив на хід та спрямованість процесів обміну, вступають у взаємодію з білками і утворюють металоорганічні комплекси. Оскільки усі процеси обміну речовин, за своєю суттю є ферментними реакціями, то зв'язок мікроелементів з такими реакціями є найважливішою їх функцією. Отже, властивістю мікроелементів є їх специфічність.

Багато мікроелементів забезпечують біохімічні функції гормонів (йод, хром), вітамінів (кобальт, селен), металоферментів (цинк, мідь, марганець, молібден, хром, селен), активаторів ферментів (цинк, марганець, молібден, хром, нікель).

Велике значення має не тільки абсолютний вміст мікроелементів у продуктах, а й їх засвоюваність. Засвоєння окремих мікроелементів (наприклад, кобальту, йоду) залежить від їх вмісту в специфічних хімічних сполуках (вітаміни, гормони тощо). Так, хром у вигляді глюкозотолерантного фактора резорбується значно ефективніше, ніж тривалентний хром, а шестивалентний хром зовсім не засвоюється.

Залізо необхідне для синтезу сполук, що забезпечують дихання, кровотворення. Воно приймає участь у імунних та окиснювально-відновних реакціях. Понад 60 %заліза, яке міститься в організмі людини, сконцентровано в гемоглобіні. Воно бере участь у перенесенні кисню, що надходить з повітря в тканини організму; в окисних процесах; входить до складу багатьох окисних ферментів (пероксидази, цитохромів, цитохромоксидази тощо), протоплазми і клітинних ядер 20 % заліза знаходиться в «депо».

При дефіциті заліза зменшується концентрація гемоглобіну, кількость еритроцитів у крові, рівень заліза в сиворотці крові, зниження активності залізовмісних білків та ферментів в органах і тканинах і, як наслідок, виникає залізодефіцитна анемія. Здебільшого вона буває у дітей на першому році життя у зв’язку з вичерпанням запасів заліза в організмі і недостатнім його надходженням з їжею, адже в материнському молоці, молочних продуктах та сумішах його міститься мало.

У нормі всмоктується лише близько 10 %заліза, яке надходить з їжею, але при зменшенні його запасів в організмі резорбція збільшується до 70-80 %.

У здорових людей рівень засвоєння заліза коливається залежно від типу харчування від 1 % при рослинному до 10-25 % при м’ясному. Незначне засвоєння заліза з рослинних продуктів свідчить про наявність у них інгібіторів засвоєння (філати та фосфати рослинних продуктів). Гальмують його засвоєння чай, яйця. Вважають, що таніни чаю утворюють фелатні сполуки іззалізом, і це знижує їх резорбцію в кишках. Мале засвоєння заліза із яєць пов’язане з наявністю фосфоропротеїнів у жовтках. Його засвоєння збільшується при додаванні аскорбінової кислоти в продуктах харчування, а також при включенні в раціон плодів. Добова потреба у залізі становить 15 мг для чоловіків та 18 мг для жінок.

Залізо – розповсюджений елемент. Його джерелами є субпродукти, м’ясо, яйця, квасоля, овочі, ягоди, хлібопродукти. Однак, у легкозасвоюваній формі залізо міститься лише у м’ясних продуктах, печінці та яєчному жовтку.

Мідь є другим після заліза кровотворним біомікроелементом. Вона необхідна для перетворення неорганічного заліза, що надходить з їжею, в органічно зв’язану форму, для стимуляції дозрівання ретикулоцитів (молодих форм еритроцитів) і перетворення їх на зрілі форми – еритроцити, а також для перенесення заліза до кісткового мозку.

Мідь бере участь у тканинному диханні у складі ферментів, які містять мідь (цитохромоксидаза, аскорбатоксидаза, церулоплазмін, уріказа та ін.).

При дефіциті міді в організмі людини порушуються резорбція та використання заліза, що призводить до анемії; змінюється біосинтез фосфоліпідів, внаслідок чого порушується утворення оболонок нервових волокон; порушується процес кісткоутворення, що призводить до змін у формуванні скелета; змінюється утворення кератину та пігменту волосся, що спричиняє виникненню дефектів волосся (втрата забарвлення, кучерявості, облисіння); порушується утворення колагену і еластину. Це призводить до зменшення маси серцевого м’яза (атрофія) і розростання у серцевому м’язі сполучної тканини (фіброз), до розривів судин, порушення серцево-судинної діяльності і навіть до раптової смерті.

Мідь міститься у тваринних і рослинних продуктах. Найбільше її в печінці (3000-3800 мкг на 100 г), сирі (700 мкг), рибі, м’ясі, яйцях (130-210 мкг на 100 г), багато у зернових продуктах (хліб, крупи – 260-640 мкг на 100 г).

Вживання великих кількостей міді призводить до ураження слизових оболонок, капілярів, печінки, нирок, центральної нервової системи.

Добова потреба людини в міді становить 2-3 мг.

Кобальт – третій мікроелемент, що бере участь у кровотворенні. Він активізує процеси утворення гемоглобіну та еритроцитів, впливає на формування молодих форм еритроцитів (ретикулоцитів) та їх перетворення на зрілу форму. Кровотворний ефект кобальту виявляється за достатньої кількості міді і не виникає при дефіциті заліза іміді. Кобальт є складовою частиною вітаміну В₁₂. При дефіциті цього вітаміну розвивається злоякісна (перніціозна) анемія Аддісона-Бірмера.

Нестача кобальту в організмі обумовлена нестачею абсорбції кобаламіну. Він необхідний для здійснення ферментних реакцій, які займають важливе місце в метаболізмі: синтезі метіоніну з гомоцистеїну і перетворенні метилмалонілу в сукциніл – КоА, який необхідний для утилізації насичених жирних кислот. Крім того, організму необхідний неорганічний кобальт для включення у фермент гліцилгліциндипептидазу, а також для стимуляції утворення еритроцитів.

Кобальт приймає участь у білковому та вуглеводному обмінах, підвищує активність пептидаз, фосфатаз. Надлишок кобальту викликає дерматити та інтоксикацію організму (порушення травлення, дихання тощо).

Основними джерелами кобальту є овочі та зернові продукти. В більшості продуктів тваринного та рослинного походження вміст кобальту незначний і становить 1-2 мкг. Відносно високим вмістом кобальту характеризуються такі продукти як печінка яловича, буряк, вівсяна крупа, суниця, полуниця. Трохи менше кобальту міститься в рибі, сирі, картоплі, капусті, редисі, чорній смородині.

Середньодобове вживання кобальту для людини коливається в межах 0,05-0,2 мг.

Марганець. Фізіологічне значення та біологічна роль марганцю різноманітні. Основною біологічною властивістю марганцю є його зв'язок з процесами осифікації та з станом кісткової тканини. Це обумовлене тим, що він активує кісткову фосфатазу. Марганець стимулює процеси росту та функції органів кровотворення. Існує зв'язок між марганцем та функцією ендокринних залоз і особливо статевих залоз, тобто пов'язаний з їх діяльністю статевий розвиток та розмноження. Важливою частиною біологічної дії є його ліпотропні властивості. Він попереджує ожиріння печінки, сприяє загальній утилізації жиру в організмі. Встановлено зв'язок між марганцем та обміном деяких вітамінів (аскорбінової кислоти, тіаміну).

При дефіциті марганцю виникає анемія, знижується інтенсивность росту організму, розвивається остеопороз.

Марганець міститься у рослинних і тваринних продуктах. Найбільша кількість його знаходиться в зернових продуктах (400-1800 мкг на 100 г), горіхах (4200), печінці (260-315), картоплі, капусті (170), салаті (300 мкг на 100 г), клюкві, чаї.

Добова потреба людини у марганці становить 5-10 мг (0,2-0,3 мг на 1 кг маси тіла за добу).

Цинк. Біологічна роль цинку різноманітна. Він входить до складу багатьох ферментів, зокрема карбоангідрази, яка забезпечує виведення з організму вуглекислоти. Цинк необхідний для нормальної функції залоз внутрішньої секреції (гіпофіза, підшлункової, передміхурової і статевих). Гіпоглікемічна дія цинку зумовлена його участю в синтезі інсуліну та у реалізації його біологічної дії. Цинк має також ліпотропні і кровотворні властивості. Він приймає участь у біосинтезі білка, метаболізмі нуклеїнових кислот, впливає на розвиток вторинних статевих ознак. Крім того, цинк приймає участь у процесах росту, у формуванні шкіри та волосся. Він є коферментом алкогогальдегідрогенази, що забезпечує метаболізм етилового спирту. Цей мікроелемент бере участь у порфіріновому обміні. Поряд з вітаміном С він є необхідним для утворення фолацину, для трансформації ретинола у ретиналь, що входить до складу сіткової оболонки ока. Поряд з вітаміном В₆ він забезпечує метаболізм ненасичених жирних кислот та синтез простогландинів. Він забезпечує сприйняття смаку та запахів.

Недостатність цинку (гіпоцинкоз) дуже поширена серед населення багатьох країн світу.

При нестачі цинку погано загоюються рани, виникає пронос (діарея). Ранніми ознаками дефіциту цинку в організмі є апатія і депресія. При недостачі цинку можуть спостерігатися підвищена збудливість, інші різні емоційні порушення, тремтіння (тремор) кінцівок, інколи порушення координації рухів (атаксія). Тяжкі симптоми гострого дефіциту цинку виникають при зменшенні вмісту його в плазмі крові нижче 3 мкмоль/л. Ендогенна недостатність цинку виникає при алкогольному цирозі печінки.

Основні джерела легкозасвоюваного цинку – продукти тваринного походження (м'ясо, печінка, кров тощо).

Добова потреба людини в цинку становить 12-15 мг, а для матерів, які годують немовлят – 25 мг.

Хром. Основна роль хрому – запобігання порушенням обміну вуглеводів та супутнім хронічним захворюванням, які зумовлені його дефіцитом. Це пов’язано з тим, що тривалентний хром є активною складовою частиною водорозчинного компонента глюкозотолерантного фактора, який синтезується в печінці. Він є необхідним для ліпідного обміну та утилізації амінокислот, а також має велике значення для профілактики атеросклерозу.

При дефіциті хрому погіршується засвоєння організмом глюкози, особливо у осіб середнього та похилого віку, зменшується вміст хрому в крові та волоссі, спостерігаються схуднення, підвищується рівень холестерину і триацилгліцеролів у сироватці крові. Спостерігається стійке підвищення рівня інсуліну в крові натще, швидше утворюються склеротичні бляшки в аорті. Ризик виникнення недостатності хрому найбільший у дітей, які народилися з малою масою, а також при інсулінозалежному, так званому «юнацькому» діабеті та при діабеті у вагітних жінок. Симптоми недостатності хрому виникають у дітей при білково-енергетичній недостатності, у людей похилого віку, вагітних жінок, а також при парентеральному харчуванні.

Хром міститься в багатьох продуктах харчування, але засвоєння його з різних продуктів неоднакове. Максимальна кількість хрому виявлена в жовтках яєць і в устрицях. Однак найбільшу фізіологічну активність мають дріжджі, а найменшу – м'ясо курей та сухе молоко, тому що в дріжджах хром міститься у високоактивній формі. Досить високий вміст біологічно досяжного хрому мають печінка, м'ясо, хліб, сухі гриби та пиво. Біологічно досяжного хрому немає в овочах та продуктах, виготовлених з них, а також у яєчному жовтку.

Рекомендоване добове споживання хрому для людини становить 50-70 мкг.

Селен. Фізіологічне значення селену визначається участю його в процесах окислення трикарбонових кислот і виконанням багатьох функцій, властивих вітаміну Е. Вважають, що селен бере участь в реакції декарбоксилування α-кетоглутарової кислоти. Він виконує захисну функцію, тому що захищає білки від дії окислювачів та радіонуклідів. Селен необхідний для активації одного з ключових ферментів антиоксидантного захисту – глютатіонпероксидази, що попереджує активацію перекісного окиснення ліпідів клітинних мембран. Встановлено, що достатнє забезпечення організму цим мікроелементом затримує старіння, а при додаванні вітаміну Е підвищується антиканцерогенний ефект їжі.

Дефіцит селену в харчуванні людей призводить до порушення функцій багатьох органів і систем. Симптомами недостатності є крововиливи, відкладення фібрину в стінках судин, дистрофічні зміни і некроз скелетних м’язів, серця, печінки, нирок, кишок, шкіри та інших органів і тканин. При хворобі Кешана (ювенільна кардіопатія) спостерігається зменшення концентрації селену в сироватці крові та активності селен залежної глутатіонпероксидази в еритроцитах.

Вважають, що основною причиною виникнення його недостатності є зменшення пероксидного окиснення ліпідів і порушення стабільності клітинних мембран.

Більшість селену в організмі людини представлена у вигляді селенвмісних білків.

Основними джерелами селену є м’ясні та рибні продукти. В овочах і плодах його мало.

Добова потреба дорослої людини в селені становить 50-70 мкг.

Фтор. Фізіологічне значення фтора – активна участь його в процесах формування зубної емалі, дентину, кісток. Він нормалізує фосфорно-кальцієвий обмін.

Особливістю фтора є дуже обмежений оптимум біологічної дії (в межах 0,8-1,2 мг/л). Для організму людини однаковою мірою несприятливі як надлишок, так і його дефіцит. Нестача його сприяє розвиток карієса зубів, а надлишок – захворюванню на флюороз, який виникає в регіонах з надлишком Флуору в питній воді, грунті та харчових продуктах. При флюорозі ушкоджуються зуби, розвивається остеохондроз, порушується функція суглобів.

Надлишок фтору у воді негативно впливає на внутрішньоутробний розвиток плоду.

Діти є найчутливішими до дії токсичних рівнів фтору. Захворюваність зубів на флюороз може бути показником інтенсивності ендемічного флюорозу. При концентрації фтору в питній воді 1,2-1,5 мг/л флюорозом уражаються не більше 25 % населення.

Тривале споживання питної води із вмістом фтору 2,4 мг/л і більше зумовлює зниження чутливості очей до сприймання кольорових зображень.

При інтоксикації, що зв’язане з підвищенням вмісту фтору, значно пошкоджується підшлункова залоза, в тканинах спостерігаються дистрофічні, некротичні та мікро циркулярні порушення.

Добова потреба людини у фторі становить 0,2-3,1 мг.

Йод. Основне фізіологічне значення йоду полягає в його участі у функціях щитовидної залози, яка використовує йод для синтезу гормонів: (тироксину, дийодтирозину і трийодтироніну). Недостатнє надходження йоду в організм призводить до розладу її функції, збільшення (гіперплазії) і розвитку зобу. Недостатність йоду досить широко розповсюджена на планеті. Захворювання ендемічних зобом має місто в багатьох країнах Центральної і Західної Європи, Карпатах, США, Ефіопії, Індії тощо. Кількість людей, хворих на зоб, складає більш 200 млн. чоловік. В зонах йодної недостатності особливо часто мають місце ознаки біологічного виродження, недорозвитку організму, різних спадкових порушень, викликаних, ймовірно, дисфункцією ДНК внаслідок дефіциту йоду. У дорослих людей нестача йоду в їжі викликає компенсаторне збільшення щитовидної залози і набряк тканин (мікседему), випадання волосся, зниження температури тіла, різке зменшення фізичної і розумової працездатності. В ранньому дитинстві при нестачі йоду виникають незворотні психічні порушення, які призводять до кретинізму, глухоти, німоти тощо.

Понад 85 % йоду надходить в організм людини з рослинною їжею. Порушення правил зберігання продуктів призводить до зниження вмісту йоду в них на 65 %. Значні втрати йоду відбуваються в процесі кулінарної обробки продуктів: при смаженні – до 64 %; при відварюванні м’яса – до 84; при відварюванні картоплі – до 32-48; при випіканні хліба – до 39-84 %. Продукти харчування, повітря і вода приморських районів містять найбільшу кількість йоду, а гірських регіонів – найменшу.

Для оцінки забезпечення організму йодом визначають його вміст у сечі. Вміст нижче мінімальної норми (25 мкг) свідчить про дефіцит йоду в організмі.

Для ліквідації дефіциту йоду слід використовувати йодовану сіль. Однак, вона нестійка, тому її зберігають у закритому посуді в темному місці і додають у їжу після закінчення теплової обробки. Природним джерелом йоду є морська капуста та продукти, виготовлені з її використанням (консерви, кондитерські вироби, хліб з морською капустою).

Йод міститься в рибних та нерибних продуктах моря, м’ясі, яйцях, молоці, овочах.

Добова потреба людини в йоді становить 150 мкг (мінімальна – 50 мкг).

Бор не утворює біоорганічних сполук, але він впливає на активність паратгормона, що пов'язаний з обміном кальцію, марганцю, фосфору. Нестача бору пригнічує утворення нуклеїнових кислот.

Силицій входить до складу тканин трахеї, бронхів, кровоносних судин. У формі ефірів кремнієвої кислоти він бере участь в утворенні полісахаридних ланцюгів.

Бром концентрується у залозах внутрішньої секреції, особливо у гіпофізі, в якому утворюється бромгормон, що впливає на процеси гальмування у корі головного мозку, а також поліпшує співвідношення процесів збудження та гальмування, особливо у стресових випадках.

Молібден входить до складу деяких ферментів, наприклад, ксантиноксидази, яка каталізує утворення сечової кислоти з пуринових основ. За наявності надлишку цього елемента у раціоні виникає ендемічна подагра, що є наслідком порушення обміну сечової кислоти та порушення розвитку кісток, тому що молібден сприяє виділенню фосфору з кісткової тканини.

Молібден необхідний для протікання реакцій амінування та утворення пептидних ланцюгів.

Нікель в якості кофермента бере участь у метаболізмі заліза та міді.

Літій впливає на обмін вуглеводів, гальмує функції щитовидної залози, підвищує вміст у крові холестерину. Він накопичується в печінці, нирках, плазмі крові.

Стронцій не здатний утворювати міцних сполук з білками або іншими біоорганічними молекулами, але концентрується у кістковій тканині. Він здатний виштовхувати кальцій із сполук, що призводить до ламкості кісток (стронцієвий рахіт).

Особливу загрозу має радіоактивний стронцій, що накопичується у кістках, пошкоджує кістковий мозок і порушує процеси кровотворення.