Биологическая роль химических элементов в функционировании организма человека. Понятие гомеостаза

Исследование химического состава земной коры, почвы, морской воды, растений, животных и человека показали, что живые организмы содержат почти все элементы, что есть в земной коре и морской воде.

В результате естественного отбора основу живых систем составили 6 элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Они называются органогенами. Для них характерно образование водорастворимых соединений и многообразие химических связей. Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называются биогенными. В зависимости от концентрации в организме человека их делят на 3 группы (по Вернадскому):

  • 1. Макроэлементы. Их содержание в организме более 10 2 %. О, С, Н, N, Р, S, Са, Mg, Na, Cl.
  • 2. Микроэлементы. Их содержание в организме находится в пределах от 1(Г3 до КГ5 % . I, Си, As, F, Вг, Sr, Ва, Со.
  • 3. Ультрамикроэлементы. Их содержание ниже 1(Г5 %. Hg, Au, V, Th, Ra, Se, Sb и другие.

В настоящее время в литературе ультрамикроэлементы объединены с микроэлементами в одну группу. В табл. 3.1 приведены уточненные данные по содержанию химических элементов в организме человека.

По значимости для жизнедеятельности химические элементы разделяют на жизненно необходимые (Са, Mg, К, Na, Р, Cl, Fe, Си, I, Zn, Mn, Cr, F, Мо, Со) и примесные элементы, биологическая роль которых недостаточно выяснена.

Биологическая роль химических элементов в организме человека разнообразна. Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, они входят в состав белков, нуклеиновых кислот, жиров и углеводов и поддерживают постоянное осмотическое давление, ионный и кислотно-основной состав.

Таблица 3.1

Содержание химических элементов в организме человека

Массовая доля, %

Химические элементы, Э (масс, доля, %)

10 и более

0(62), С(21), Н(10)

1-10

N(3), Са(2), Р(1)

0,01-1

К(0,23), S(0,16), С1(0,1), Na(0,08), Mg(0,027), Fe(0,01)

10~3 - 10-2

Zn, Sr

10-4 - 10-3

Cu, Co, Br, Cs, Si

10~5 - 10_3

I

10^5 - 10-4

Mn, V, В, Cr, Al, Ba

10_6 - 10“3

Mo, Pb, Ti

О

  • 1
  • 1

о

  • 1
  • -U

Be, Ag

«/э

  • 1
  • 0 1

NO

1

О

Ni, Ga, Ge, As, Hg, Bi

О

  • 1
  • 1

о

1

СЛ

Se, Sb, U

10~7 - 10“6

Th

  • ?<г
  • 1

о

1

о

Ru

Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов, участвуют в обмене веществ, тканевом дыхании и обезвреживании токсических веществ. Они влияют на процесс кроветворения, восстановления-окисления, проницаемость сосудов и тканей.

Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, иод — в щитовидной, фтор — в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден — в почках, олово — в тканях кишечника, стронций — в предстательной железе, костной ткани, барий — в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром — в гипофизе и т. д. Данные по распределению (топографии) некоторых макро- и микроэлементов в организме человека приведены на рис. 11.

В организме человека поддерживается баланс оптимальных концентраций биогенных элементов — химический гомеостаз. Гомеостаз (от греч. homoios — подобный, stasis — стояние) — способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное динамическое постоянство своей структуры и свойств. Термин «гомеостаз» введен в 1932 г. американским физиологом У. Кэнноном. Поддержание гомеостаза — непременное условие существование организмов. Нарушение баланса оптимальных концентраций вследствие недостатка или избытка биогенного элемента мо-

Концентрирование некоторых химических элементов в органах, тканях и биожидкостях человека

Рис. 11. Концентрирование некоторых химических элементов в органах, тканях и биожидкостях человека

жет приводить к различным заболеваниям. Например, дефицит фтора вызывает кариес зубов, дефицит иода — эндемический зоб, избыток Мо — эндемическую подагру.

Жизненную необходимость, дефицит, токсичность химического элемента представляют в виде кривой зависимости «концентрация или доза химического вещества, воздействующего на организм — реакция организма» (рис. 12).

Плато описывает область концентраций, соответствующих оптимальному росту, здоровью, воспроизведению.

Протяженность плато определяет способность организма приспосабливаться к меняющимся условиям в окружающей среде. Боль-

Кривая зависимости реакции организма от концентрации

Рис. 12. Кривая зависимости реакции организма от концентрации

веществ в пище

шая протяженность плато указывает на малую токсичность элемента и большую способность организма к адаптации по отношению к значительным изменениям содержания этого элемента. Наоборот, узкое плато свидетельствует о значительной токсичности элемента и резком переходе от необходимых организму количеств к опасным для жизни.

У биологических объектов низшего иерархического уровня плато более выпукло. Значения Д и Д называются критическими (пороговыми) значениями. Область гомеостаза — это область отрицательной обратной связи, так как организм работает в сторону возвращения системы в исходное (стационарное) состояние. При сильных нарушениях гомеостаза объект может перейти в область положительной обратной связи, когда изменения, вызванные воздействием вредных веществ, могут стать необратимыми, и объект все дальше и дальше будет отклоняться от стационарного состояния вплоть до летального исхода.

Для токсинов и ксенобиотиков восходящая ветвь отсутствует, плато короткое (или отсутствует), а крутизна нисходящей ветви характеризует токсичность вещества (рис. 13).

На основании этих зависимостей устанавливают ПДК для различных веществ. Однако гибель организма происходит как при переизбытке, так и при недостатке жизненно необходимых веществ. Поэтому дальше мы рассмотрим роль биогенных элементов в функционировании организма человека, нормы их поступления в организм и заболевания, возникающие при отклонении от этих норм.

Установлено, что в ряде случаев неблагоприятное действие на человека промышленных выбросов может усиливаться дефицитом биологически активных микроэлементов, которые в недостаточном количестве поступают с пищей в организм.

Отклонение от нормы в зависимости от концентрации ксенобиотиков

Рис. 13. Отклонение от нормы в зависимости от концентрации ксенобиотиков

Для большинства микроэлементов определены суточные нормы поступления их в организм человека. Разработаны рекомендации и по использованию пищевых продуктов, компенсирующих недостаток в организме тех или иных химических элементов (табл. 3.2).

Роль химических элементов в функционировании организма человека, нормы их поступления и перечень основных источников

Таблица 3.2

Химический

элемент

Функция в организме

Среднесуточная потребность взрослого человека, мг

Лучшие пищевые источники

Кальций

Основной структурный компонент костей и зубов, входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходим для свертывания крови. При его дефиците у взрослых развивается остеопороз — деминерализация костной ткани, а у детей нарушается развитие скелета, начинается рахит

800-1200

Молоко и молочные продукты (сыры и творог), зеленый лук, петрушка, фасоль

Магний

Участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и сердечной мышцы, стимулирует желчеотделение, повышает активность кишечника

350

Растительные продукты (крупы, пшеничные отруби, бобовые, урюк, курага, чернослив)

Калий

Участвует в передаче нервных импульсов, регулирует водно-солевой обмен, участвует в регуляции деятельности сердца. При его дефиците в организме человека развиваются нарушения функций нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем

2000

Чернослив, урюк, изюм, морская капуста, фасоль, горох, картофель

Продолжение табл. 3.2

Химический

элемент

Функция в организме

Среднесуточная потребность взрослого человека, мг

Лучшие пищевые источники

Натрий

Участвует в поддержании осмотического давления в тканевых жидкостях и крови, в передаче нервных импульсов, регулирует кислотно-щелочной баланс, водно-солевой обмен, повышает активность пищеварительных ферментов

550

Соления, брынза, сыры, хлеб

Фосфор

Принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма человека: синтезе и расщеплении веществ в клетках, регуляции обмена веществ, входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов

800-1200

Икра, печень, зерновые, бобовые, овсяная и перловая крупы

Хлор

Участвует в регуляции водно-солевого обмена и осмотического давления в тканях и клетках

5000

Соления

Железо

Необходимо для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание и кроветворение, участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях

15-20

Субпродукты, мясо, яйца, фасоль, овощи, ягоды

Медь

Играет важную роль в ряде физиологических процессов, контролирует образование ДНК и РНК, без меди невозможно нормальное функционирование ряда ферментов, она — кроветворный микроэлемент, способствующий транспортировке железа в костный мозг, принимает участие в репродуктивной функции, с нарушением обмена меди в организме связаны ранние стадии развития злокачественных опухолей

2-6

Печень, яичный желток, зеленые овощи

Иод

Необходим для нормального функционирования щитовидной железы

0,15

Рыбные и другие морские продукты, мясо, яйца, молоко, овощи

Окончание табл. 3.2

Химический

элемент

Функция в организме

Среднесуточная потребность взрослого человека, мг

Лучшие пишевые источники

Цинк

Выступает в роли активатора ферментов и входит в состав многих из них, участвует в синтезе РНК и белков, необходим для нормального кроветворения

15-20

Мясо, птица, сыры, крупы, овощи, орехи, продукты моря

Марганец

Необходим для нормального роста, функционирования хрящевой и костной тканей, синтеза белков, участвует в регуляции углеводного и жирового обмена, способствует образованию важного для всех обмена веществ гормона— инсулина

2-5

Хлеб, крупы, овощи, бобовые, фрукты, орехи, кофе, чай

Хром

Влияет на углеводный обмен, усвоение сахара и на уровень его содержания в крови

0,2

Говяжья печень, бобовые, томаты, корнеплоды

Фтор

Необходим для построения костной ткани, участвует в процессе формирования зубной эмали

0,5-1,8

Питьевая вода, рыба (треска, сом), печень, орехи, чай

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >