Микроэлементы

Железо. Этот элемент необходим для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание, кроветворение; он участвует в иммунобиологических и окислительно–восстановительных реакциях; входит в состав цитоплазмы, клеточных ядер и ряда ферментов.

Ассимиляции железа препятствует щавелевая кислота и фитин. Для усвоения этого нутриента необходим витамин B₁₂. Усвоению железа способствует также аскорбиновая кислота, поскольку железо всасывается в виде двухвалентного иона.

Недостаток железа в организме может привести к развитию анемии, нарушаются газообмен, клеточное дыхание, то есть фундаментальные процессы обеспечивающие жизнь. Развитию железодефицитных состояний способствуют: недостаточное поступление в организм железа в усвояемой форме, понижение секреторной активности желудка, дефицит витаминов (особенно B₁₂, фолиевой и аскорбиновой кислот) и ряд заболеваний, вызывающих кровопотери.

Потребность взрослого человека в железе (14 мг/сут) с избытком удовлетворяется обычным рационом. Однако при использовании в пище хлеба из муки тонкого помола, содержащего мало железа, у городских жителей весьма часто наблюдается дефицит железа. При этом следует учесть, что зерновые продукты, богатые фосфатами и фитином, образуют с железом труднорастворимые соединения и снижают его ассимиляцию организмом.

Железо – широко распространенный элемент. Он содержится в субпродуктах, мясе, яйцах, фасоли, овощах, ягодах. Однако в легкоусвояемой форме железо содержится только в мясных продуктах, печени (до 2000 мг/100 г продукта), яичном желтке.

Медь. Медь является необходимым элементом в метаболизме человека, играя роль в образовании эритроцитов, высвобождении тканевого железа и развитии скелета, центральной нервной системы и соединительной ткани. Обычно медь соединена с белками: гемокупреном в эритроцитах и церулоплазмином в плазме крови, в которых медь является неотъемлемой частью их структуры; металлотионеин представляет собой белок, ответственный за отложение меди. Выделен ряд медьсодержащих ферментов, в частности, цитохромоксидаза, оксидаза аскорбиновой кислоты и уриказа.

Поскольку медь широко распространена в пищевых продуктах, маловероятно, чтобы у людей, за исключением, возможно, грудных детей, получающих исключительно молочный рацион, когда–либо развилась форма недостаточности питания, связанная с медью.

Потребление избыточно больших доз меди человеком ведет к раздражению и разъеданию слизистых, распространенному поражению капилляров, поражению печени и почек, раздражению центральной нервной системы. Суточная потребность в этом элементе составляет около 2 мг. Источниками меди являются такие пищевые продукты, как печень, яичный желток, зеленые овощи.

Иод. Иод является необходимым элементом, участвующим в образовании гормона тироксина. При недостаточности иода развивается зобная болезнь – заболевание щитовидной железы.

Потребность в иоде колеблется в пределах 100–150 мкг в день. Содержание иода в пищевых продуктах обычно невелико (4–15 мкг%). Наиболее богаты иодом продукты моря. Так, в морской рыбе его содержится около 50 мкг/100 г, в печени трески до 800, в морской капусте в зависимости от вида и сроков сбора – от 50 мкг до 70 000 мкг/100 г продукта. Но надо учесть, что при длительном хранении и тепловой обработке пищи значительная часть иода (от 20 до 60%) теряется.

Содержание иода в наземных растительных и животных продуктах сильно зависит от его количества в почве. В районах, где иода в почве мало, содержание его в пищевых продуктах может быть в 10– 100 раз меньше среднего. Поэтому в этих районах для предупреждения зобной болезни добавляют в поваренную соль небольшое количество иодида калия (25 мг на 1 кг соли). Срок хранения такой иодированной соли – не более 6 месяцев, так как при хранении соли иод постепенно улетучивается.

Фтор. При недостатке этого элемента развивается кариес зубов (разрушение зубной эмали). Избыток фтора также оказывает негативное влияние на организм, поскольку соли фтора, накапливаясь в костях, вызывают изменение цвета (крапчатость) и формы зубов, остеохондроз, а вслед за этим огрубление суставов и их неподвижность, костные наросты. Разница между полезной и вредной дозами фтора так мала, что многие исследователи выступают против фторирования воды.

Фтор, потребляемый с водой, почти полностью всасывается, содержащийся в пище фтор всасывается в меньшей степени. Поглощенный фтор равномерно распределяется по всему организму. Он удерживается, главным образом, в скелете, и небольшое его количество отлагается в зубной ткани. В высоких дозах фтор может вызывать нарушение углеводного, липидного, белкового обмена, а также метаболизма витаминов, ферментов и минеральных солей. Многие симптомы острого отравления фтором являются следствием связывания его с кальцием. Фтор выводится из организма главным образом с мочой. На его выведение влияет ряд факторов, в том числе общее состояние здоровья человека и предшествующее воздействие на него фторидов. Степень удерживания фтора снижается с возрастом, и считается, что организм большинства взрослых находится в "состоянии равновесия", при котором присутствующий в организме фтор откладывается в обызвествленных тканях; основная часть остального количества содержится в плазме, и таким образом он становится доступным для выведения. Удержание в скелете и выведение фтора почками – два основных механизма, с помощью которых предотвращается накопление токсичных количеств фтора в организме.

В различных странах были проведены оценки суточного поступления фтора с пищей; для взрослых эта величина варьируется от 0,2 до 3,1 мг, для детей возрастной группы от 1 до 3 лет поступление фтора было оценено на уровне 0,5 мг/сут.

Практически все пищевые продукты содержат хотя бы микроколичества этого элемента. Все виды растительности содержат некоторое количество фтора, которое они получают из почвы и воды. В отдельных продуктах, в частности, в рыбе, некоторых овощах и чае обнаруживаются высокие уровни содержания фтора. Применение фторированной воды на предприятиях пищевой промышленности может нередко удваивать уровень содержания фтора в готовых продуктах.

Для профилактики и лечения кариеса зубов используют различные зубные пасты, порошки, эликсиры, жевательные резинки и т.п., которые содержат добавляемый к ним фтор, главным образом в неорганической форме. Эти соединения обычно вносятся в средства для чистки зубов, как правило, в концентрациях около 1 г/кг.

Хром. Этот элемент, по–видимому, необходим для глюкозного и ли–пидного обмена и для утилизации аминокислот некоторыми системами. Он также имеет важное значение для профилактики легких форм диабета и атеросклероза у человека.

Хром всасывается как из желудочно–кишечного тракта, так и из дыхательных путей. Поглощаемое количество его неодинаково для каждой из этих систем и зависит от формы хрома. Трехвалентный хром является эссенциальной формой элемента для человека, шестивалентный хром – токсичен. Хром распределяется по тканям человеческого организма в неодинаковых, но обычно низких концентрациях. Уровни содержания хрома во всех тканях, помимо легких, снижаются с возрастом. Наибольшие количества хрома у человека накапливаются в коже, мышцах и жировой ткани. Гомеостатические механизмы, включая механизмы транспорта в печени и кишечнике, препятствуют избыточному накоплению трехвалентного хрома. Хром медленно выводится из организма, главным образом с мочой.

Сегодня принято считать нормой потребления около 150 мг хрома в сутки. Особенно он полезен пожилым людям, организм которых плохо усваивает углеводы, а хром усиливает процессы обмена именно этих соединений. Обнаружено, что определенное соединение хрома, названное GTF (Glucose Tolerance Factor), облегчает усвоение глюкозы, вернее, проникновение ее через мембрану внутрь клеток.

Неорганический хром усваивается плохо, гораздо легче – в органических соединениях, т. е. в той форме, в которой он находится в живых организмах.

У здоровых людей содержание хрома несколько завышено, что является признаком полноценного усвоения глюкозы. Если усвоение Сахаров нарушено, содержание этого элемента снижается.

Продукты питания значительно варьируются по уровням содержания хрома, которые лежат в диапазоне от 20 до 550 мкг/кг. Богатыми источниками хрома являются пивные дрожжи, печень (10–80 мкг/100 г). В меньших количествах этот элемент содержится в картофеле с кожурой, говядине, свежих овощах, хлебе из муки грубого помола, сыре.

Марганец. Он является необходимым элементом для животных и человека, но из поступившего внутрь марганца всасывается лишь около 3%. Марганец необходим как кофактор в ряде ферментных систем; он играет роль в правильном функционировании флавопротеинов, в синтезе сульфированных мукополисахаридов, холестерина, гемоглобина и во многих других процессах метаболизма.

Основными путями всасывания марганца являются дыхательный и желудочно–кишечный тракты. Вследствие слабой растворимости марганца в желудочном соке из желудочно–кишечного тракта всасывается только 3–4% введенного количества вещества. Всасывание марганца тесно связано с усвоением железа. Анемия ведет к повышению всасывания, как железа, так и марганца. Выведение марганца из организма происходит частично за счет секреции поджелудочной железы, а также непосредственно через кишечную стенку. Очень небольшое количество марганца выводится с мочой.

Потребность в марганце составляет 0,2–0,3 мг на 1 кг веса человека в день. Больше всего марганца содержится в клюкве и чае, немного меньше в каштанах, какао, овощах, фруктах (100–200 мкг/100 г).

Никель. Никель признан незаменимым микроэлементом относительно недавно. В настоящее время установлена его роль в качестве кофер–мента в процессах метаболизма железа. При этом увеличение поступления в организм железа сопровождается увеличением потребности в пищевом никеле. Кроме того, никель способствует усвоению меди – еще одного незаменимого для кроветворения элемента. При экспериментальных исследованиях препаратов никеля было показано значительное ускорение регенерации эритроцитов и увеличение количества гемоглобина. Важность пищевого или выделенного из натуральных продуктов никеля подчеркивается тем, что синтетические соединения данного элемента относятся к канцерогенным веществам.

Никель присутствует в большинстве пищевых продуктов, однако в концентрациях ниже (и часто намного ниже) 1 мг/кг. Мало известно о химической форме никеля в пищевых продуктах, хотя он, возможно, частично образует комплексы с фитиновой кислотой. Поступление никеля с пищей, по имеющимся данным, варьируется от менее чем 200 до 900 мкг/сут. С обычной диетой поступает около 400 мкг/сут. Было показано, что в винах и в пиве содержание никеля равно, соответственно, 100 и 50 мкг/л.

Цинк. Данный микроэлемент в качестве кофермента участвует в широком спектре реакций биосинтеза белка (более 70) и метаболизма нуклеиновых кислот (включая процессы репликации ДНК и транскрипции), обеспечивающих, в первую очередь, рост и половое созревание организма. При этом цинк, наряду с марганцем, является специфическим микроэлементом, влияющим на состояние половой функции, а именно на активность некоторых половых гормонов, сперматогенез, развитие мужских половых желез и вторичных половых признаков. Кроме того, в последнее время рассматривается роль цинка в предотвращении гипертрофических процессов в предстательной железе.

Цинк вместе с серой участвует в процессах роста и обновления кожи и волос. Наряду с марганцем и медью цинк в значительной степени обеспечивает восприятие вкусовых и обонятельных ощущений. Цинк в качестве незаменимого компонента входит в состав молекулы инсулина, причем уровень его оказывается сниженным у больных сахарным диабетом. Очень важно, что данный микроэлемент является коферментом алкоголь–дегидрогеназы, обеспечивающей метаболизм этилового спирта. При этом уровень всасываемости цинка при хроническом алкоголизме резко снижен. Необходимо также учитывать участие цинка в порфириновом обмене, тесно связанном с процессами кроветворения. Кроме того, цинк (наряду с витамином С) необходим для активации фолиевой кислоты из связанной формы, после чего фолацин может проникать внутрь клеток и включаться в процессы кроветворения. Другая важная взаимосвязь цинка и витаминов прослеживается в отношении витамина А. Во–первых, цинк в качестве кофермента способствует высвобождению витамина А из внутрипеченочного "депо". Во–вторых, цинк необходим для трансформации ретинола (собственно витамин А) в ретиналь, который участвует в образовании зрительного пигмента сетчатки. Таким образом, так называемая "куриная слепота" (т. е. нарушение ночного видения) может развиваться не только в отсутствии витамина А, но и цинка. Цинк вместе с витамином B₆ обеспечивает метаболизм ненасыщенных жирных кислот и синтез простагландинов.

Цинк очень важен для процессов пищеварения и усвоения питательных веществ. Так, цинк обеспечивает синтез важнейших пищеварительных ферментов в поджелудочной железе, а также участвует в образовании хиломикронов – транспортных частиц, в составе которых пищевые жиры могут всасываться в кровь. Цинк наряду с витаминами группы В является важным регулятором функций нервной системы. В условиях дефицита цинка могут возникать эмоциональные расстройства, эмоциональная неустойчивость, раздражительность, а в очень тяжелых случаях – нарушения функций мозжечка. Наконец, все больше данных накапливается в пользу участия цинка в процессах созревания лимфоцитов и реакциях клеточного иммунитета.

Первостепенная важность данного микроэлемента для функций организма подчеркивается тем фактом, что цинк является одним из немногих минералов, для которого описаны отдельные и совершенно специфичные синдромы недостаточности. В случае дефицита цинка развивается так называемый энтеропатический дерматит. Он особенно характерен для отдельных национальных групп, использующих в качестве основной пищи бездрожжевой хлеб, в котором в очень большом количестве обнаруживаются соли фитиновой кислоты, которые обычно разрушаются дрожжевой фитазой. Фитаты связывают пищевой цинк в нерастворимые соединения. Энтеропатический акродерматит сочетает в себе почти все нарушения тех важнейших функций, в которых участвует цинк. Это и хронические поносы (вследствие недостаточности пищеварительных ферментов и нарушения всасывания жиров), а вследствие этого вторичный дефицит большинства других важнейших нутриентов; нарушение роста (в первую очередь, костей); сухость и ранимость кожи, гнойный дерматит, выпадение волос; нарушение ночного зрения и фотофобия; эмоциональная неустойчивость, раздражительность, мозжечковая атаксия; иммунодефицитные состояния.

Пища, несомненно, основной источник цинка. Содержание цинка в пищевых продуктах обычно колеблется в пределах 150–25 000 мкг%. Однако в печени, мясе и бобовых оно достигает 3000–5000 мкг%. Суточная потребность в цинке 8000–22 000 мкг%. Она вполне удовлетворяется обычным рационом. Среднесуточное поступление цинка только с питьевой водой составляет порядка 400 мкг. Иногда, дефицит цинка может испытывать организм детей и подростков, которые недостаточно употребляют животные продукты.

Селен. Еще в середине XX в. селен не только не рассматривался наукой о питании, но даже считался очень токсичным элементом с канцерогенными свойствами. Однако уже в 60–х гг. было установлено, что причиной эндемической кардиомиопатии у животных и людей (болезнь Ke–шана) является дефицит селена в почве. В 70–е гг. свойства селена были всесторонне изучены и оказалось, что данный элемент необходим для активации одного из ключевых ферментов антиоксидантной системы организма – глутатионпероксидазы. Этот фермент предотвращает активацию перекисного окисления липидов мембран – процесса, который вызывает нарушение структурной и функциональной целостности мембран клеток, способствует повышению проницаемости и снижению устойчивости клеточных структур к повреждающим воздействиям. Особенно страдает при недостатке селена сердечно–сосудистая система, что проявляется прогрессирующим атеросклерозом и слабостью сердечной мышцы, а в условиях хронического дефицита селена может развиваться практически неизлечимая кардиомиопатия. Кроме того, было показано, что селен является необходимым коферментом иодпероксидазы – основного фермента синтеза гормонов щитовидной железы, т. е. дефицит селена может в значительной мере усугублять проявления йодной недостаточности, а назначение препаратов одного только иода может быть малоэффективным. В последнее время на уровне современных исследований находит подтверждение одно из важных наблюдений древнекитайской медицины, указывающее на то, что адекватное обеспечение организма селеном способствует замедлению процесса старения и ведет к долголетию. Интересно заметить, что знаменитые лечебные сорта зеленого чая, поставлявшиеся с целью достижения здоровья и долголетия в императорские дворцы в Древнем Китае, выращивались в тех горных провинциях, в почвах которых уже в настоящее время с помощью современных аналитических методов определяется высокое содержание селена.

После открытия селена было установлено, что витамин E и селен действуют на разные звенья одного процесса и являются строго взаимодополняющими друг друга, то есть их антиокислительная активность при совместном применении резко возрастает. Синергизм обоих антиоксидантов особенно интересен в контексте противораковой активности. Так, было показано, что назначение препаратов селена одновременно с витамином E значительно усиливало антиканцерогенный эффект в отношении экспериментальных опухолей. В связи с этим интересно отметить, что семена растений наряду с витамином E также содержат значительные количества селена.

Поступление селена с пищей зависит от условий и характера потребления пищи и уровня содержания селена в пищевых продуктах. Овощи и фрукты являются, в основном, бедным источником поступления селена в отличие от зерна, зерновых продуктов, мяса (особенно субпродуктов), продуктов моря, которые содержат существенные количества селена, обычно намного превышающие 0,2 мг/кг в пересчете на сырую массу. Химический состав почвы и содержание в ней селена существенно влияют на количество селена в зерне, варьирующее в пределах от 0,04 мг/кг до 21 мг/кг.

Молибден. Общее количество молибдена в организме взрослого человека составляет порядка 7 мг. Содержание молибдена в крови составляет около 0,5 мкг на 100 мл. Более высокие концентрации этого элемента были обнаружены у людей, проживающих в регионах, где почва наиболее богата соединениями этого металла. Так, в некоторых районах Армении отмечены частые случаи заболевания подагрой у жителей, которые питаются в основном местными продуктами, в которых были обнаружены чрезвычайно высокие уровни молибдена. Содержание его в рационе питания жителей этого района составляло 10–15 мг. В других районах, где случаи подагры встречались реже, люди с пищей получали всего 1–2 мг молибдена в день.

Молибден является составной частью ряда ферментов, таких как ксан–тиноксидоза, альдегидоксидаза, сульфатоксидаза. Известно, что молибден тормозит развитие кариеса.

Предполагаемая дневная потребность в молибдене составляет 2 мкг на 1 кг массы тела. В России суточное потребление молибдена составляет 0,27 мг.

Наиболее богаты молибденом различные виды овощей (например бобовые) и внутренние органы животных.

Кобальт. Биологическое действие кобальта известно с 1948 г., когда учеными Рикесом и Смитом было установлено, что атом кобальта является центральным в молекуле витамина B₁₂. Максимальная концентрация кобальта в тканях равна около 100 мкг/кг. Общее содержание кобальта в организме взрослого человека составляет 5 мг. Человек с пищей ежедневно получает 5,63–7,94 мкг кобальта, из которых 73–97% усваивается.

Средняя суточная потребность в кобальте составляет 60 мкг на 1 кг массы тела. Считают, что человек нуждается в кобальте только в виде цианокобаламина (витамин B₁₂). В некоторых странах соединения кобальта применяли в качестве пищевой добавки к пиву для стабилизации пены. Однако выяснилось, что такая добавка явилась причиной сердечных заболеваний у потребителей пива. Поэтому в настоящее время от использования соединений кобальта в виде пищевой добавки отказались.