Системный микроэлементоз

Размещено на http://www.allbest.ru/

Межведомственный научный Совет по медицинским проблемам питания Российской академии медицинских наук, Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Сибирский Центр оздоровительного питания

Системный микроэлементоз

Маянская Н.Н., Новоселов Я.Б.

Введение

Среди наиболее важных морфофункциональных систем организма можно выделить следующие: систему кроветворения; систему иммунной защиты; систему нервной и эндокринной регуляции, систему структурной организации твердых и мягких тканей, органов, клеток, клеточных мембран, систему детоксикации (включая микросомальное окисление ксенобиотиков, детоксикацию перекисных продуктов) и другие.

Отсюда, вероятно, можно считать целесообразным на первом этапе рассмотреть участие отдельных МЭ и их сочетаний в реализации каждой из перечисленных выше систем.

Участие микроэлементов в обменных процессах в организме

Эссенциальные МЭ выполняют важные функции регуляции активности метаболических систем и геномного аппарата клетки.

Многие МЭ участвуют в разнообразных биохимических процессах в качестве кофакторов или как составные части коферментов. Так, в работе ферментов первого класса - оксидоредуктаз важную роль играют такие МЭ как железо, медь, магний, цинк и многие другие.

Железо входит в состав всех гемсодержащих ферментов, в первую очередь, в состав цитохромов дыхательной цепи, цитохромов системы микросомального окисления ксенобиотиков, в состав негемового железа в электронпереносящих железосерных белках тканевого дыхания, в состав ферментов подгруппы пероксидаз и каталаз, входящих в систему антиоксидантной защиты организма.

Одним из важнейших незаменимых МЭ, принимающих разнообразное участие в обменных процессах, является медь. Медь участвует в биохимических процессах как составная часть электронпереносящих белков, осуществляющих реакции окисления органических субстратов молекулярным кислородом, входя в состав цитохромоксидазы. Этой ролью она обязана своим особым свойством как металла с переходной валентностью.

Медьсодержащие аминооксидазы участвуют в обмене биологически активных аминов, таких как гистамин, адреналин, тирамин и др.

Церулоплазмин плазмы крови является белком, переносящим медь, и одновременно обладает активностью супероксиддисмутазы, защищающей липидные мембраны от перекисного окисления.

Избыток свободной меди, напротив, угнетает активность окислительных ферментов, что приводит к гибели клеток. Дефицит меди отражается на липидном составе плазмы крови: повышается содержание холестерина, триглицеридов и фофсолипидов, что связано со снижением активности фермента лецитинхолестеринацилтрансферазы (ЛХАТ), без которой нарушается перенос холестерина из периферических тканей в печень с помощью липопротеидов высокой плотности (ЛПВП).

Кроме того, медь необходима для образования ненасыщенных жирных кислот. Антагонистом меди во многих из этих процессов является цинк, так, медь и цинк являются синергистами разных простагландинов, имеющих противоположную направленность функционального действия.

Биологическая роль цинка изучается более 120 лет. За это время установлено его участие в более чем 200 биохимических реакциях (Riordan J.R. et al.,1980). Цинк обнаружен во всех органах и тканях, общее его содержание в организме взрослого человека невелико: всего 23-30 ммоль, т.е. 1.5-2 г. Цинксодержащие ферменты относятся ко всем шести известным классам, но в наибольшем количестве представлены в классе гидролаз (27 различных реакций). Более 20 ферментов, содержащих цинк, относятся к классу лиаз, более 10 - к классу трансфераз.

На клеточном уровне цинк стимулирует образование полисом, переход из одной стадии клеточного цикла в другую, тормозит катализируемое железом свободнорадикальное окисление. Цинк содержится в значительных количествах в сперматозоидах, что имеет важнейшее значение для нормального прохождения всех стадий дробления оплодотворенной яйцеклетки до ее фиксации в полости матки. Цинк играет важную роль в обмене нуклеиновых кислот, в процессах транскрипции, стабилизации клеточных мембран. Известно взаимодействие цинка с рядом витаминов. Так, нормальная функция витамина А невозможна при дефиците цинка. Показано, что при дефиците цинка нарушается синтез ретинолсвязывающего белка, необходимого для транспорта витамина А в кровяном русле. Эти явления запускают каскадный механизм порочного круга, при котором дефицит цинка или витамина А увеличивает их недостаток.

Антагонистом цинка является медь, которая конкурирует с цинком за связывание с белком металлотионеином, хотя основным переносящим цинк белком в плазме крови является альбумин.

Жизненно важная роль марганца для животного организма была установлена более 50 лет назад (Авцын А.П. с соавт., 1991). Наибольшее количество марганца обнаруживается в организме в клетках, более всего богатые митохондриями (клетки печени, почек, поджелудочной железы). В марганце нуждаются такие ферменты, как ключевой фермент глюконеогенеза фосфоэнолпируват-карбоксикиназа. Это особенно ярко проявляется при голодании, когда организм нуждается в синтезе глюкозы из неуглеводных источников. Другие металлоферменты, включающие марганец, - это аргиназа (фермент синтеза мочевины), пируваткарбоксилаза (фермент, образующий щавелевоуксусную кислоту, необходимую для запуска цикла трикарбоновых кислот - цикла Кребса), и супероксиддисмутаза - фермент антиоксидантной защиты организма.

Кроме того, марганец выполняет функцию активатора целого ряда ферментов, относящихся к киназам (переносчики фосфатной группы), карбоксилазам (переносчики СО2 при синтезе жирных кислот, нуклеотидов и др.) и трансферазам (синтез гликопротеидов). Очень важную роль играет марганец в синтезе холестерина, в синтезе фосфолипидов, предупреждая жировую дистрофию печени (Авцын А.П., Риш М.А., 1991).

Марганец способен ускорять процессы транскрипции в ядре, активируя РНК-полимеразу. В процессах репликации марганец способен замещать магний, однако при этом возможны ошибки при синтезе ДНК.

Селен (Se) относится к безусловно необходимым, или эссенциальным, микроэлементам. Роль селена в патологии человека была установлена после описания селенодефицитной кардиомиопатии в Китае (болезнь Кешана), а также явлений недостаточности селена при полном парентеральном питании (Johnson R.A. et al., 1981). Эффекты селена в организме определяются его участием в стабилизации клеточных мембран и с антиоксидантной функцией этого микроэлемента (Shamberger R., 1980). Селен способен косвенно, через стимуляцию продукции интерлейкинов (ИЛ-1 и ИЛ-2), оказывать противоопухолевое действие (Wang Ru-duan, 1992). Механизм противоопухолевого действия селена основан на включении этого микроэлемента в состав так называемых селенопротеинов, которые способны ингибировать ДНК- и РНК-нуклеотидилтрансферазы (ДНК- и РНК-полимеразы), нивелируя амплификацию опухолевого генома (Подорожная Р.П., 1981; Sunde R.A., 1990). Очевидно, что селен опосредует свое индуцирующее воздействие на рост опухоли также своим влиянием на внутриклеточную компартментализацию кальция путем угнетения Са-насосов в микросомах и эндоплазматическом ретикулуме (Hogberg J. et al., 1985).

системный микроэлементоз микроэлемент биомикроэлемент

Биомикроэлементы, участвующие в кроветворении

Истинным кроветворным элементом, играющим важную роль в нормализации состава крови, является железо. Железо - широко распространенный в природе элемент, который ранее относили к макроэлементам в связи с относительно высоким его содержанием в организме (~4 г в теле взрослого человека). Более половины (60%) общего количества железа, содержащегося в организме, сосредоточено в гемохромогене -- основной части гемоглобина.

При анемии, независимо от причины ее возникновения, уменьшается снабжение тканей организма кислородом. В клетках нарушаются окислительно-восстановительные процессы. Весь организм страдает от этого, особенно серьезные нарушения происходят в сердечно-сосудистой, дыхательной, иммунной и нервной системах.

Многим людям знакомы симптомы анемии: слабость, повышенная утомляемость, одышка, учащенное сердцебиение, бледность и шелушение кожи, головокружение, депрессии, нарушение памяти, низкая сопротивляемость инфекционным заболеваниям. Нужно отметить, что ни одно патологическое состояние человека не является таким массовым, очень актуальна эта проблема и для России. Кроме этого симптома дефицита железа являются затруднения глотания, седые волосы, пищеварительные расстройства, бледность, головокружение, слабость, выпадение волос, воспалительные процессы в полости рта, ломкость ногтей, нервозность, замедление умственной деятельности. Заболевания связанные с дефицитом железа - гипохромная анемия, атрофический ринит, атрофический глоссит, гингивит и хейлит, атрофический гастрит, атония скелетных мышц.

Железодефицит (гипосидероз) - одни из наиболее распространенных микроэлементозов человека, приводящее к развитию анемии. Это особенно относится к детям, у которых запасы железа в организме ограничены.

Так как железо депонируется в организме, то его избыточное накопление в ряде случаев вызывает определенные нарушения его работы. Избыток железа в тканях и органах способствует повышению продукции свободных радикалов и увеличивает потребность организма в витамине Е. Иногда повышенный уровень железа может предшествовать развитию заболеваний сердца и злокачественных опухолей. Заболевания, связанные с избытком железа - миокардиопатия, сидероз и фиброз поджелудочной железы, бронзовый диабет, профессиональный сидероз легких.

Оптимальное количество железа содержится в яйцах, рыбе, мясе, овощах, которые следует употреблять в сыром виде и в овощных и фруктовых соках (яблочный, вишневый, абрикосовый, томатный). В хлебе, из муки грубого помола, содержится удовлетворительное количество железа. Для хорошего всасывания железа в организм человека необходимо адекватное поступление в организм витаминов В2 и В6.Другими источниками железа являются миндаль, авокадо, патока, свекла, пшеничные и рисовые отруби, люцерна, корень лопуха, сушеный чернослив, красный перец, лист малины, плоды шиповника др.

Следует знать:

* Снижает усвояемость железа - чай и кофе. Соевый белок, соли фитиновой кислоты содержащиеся в хлебных злаках и темной овощной зелени молоко так же может снижать усвояемость железа, препятствуя его всасыванию из желудка.

* Избыток поступления кальция в организм (более 2 гр./сутки) конкурирует с железом в кишечнике за всасывание, поэтому частое применение кальция может приводить к развитию железодефицитных состояний.

* Прием витамина С повышает абсорбцию железа на 30%.

* Дефицит железа преобладает у людей, страдающих кандидозом или герпетической инфекции.

Вторым (после железа) кроветворным биомикроэлементом является медь, активно участвующая в синтезе гемоглобина и образовании других железопорфиринов. Медь необходима для процессов гемоглобинообразования у всех видов животных и не может быть заменена никаким другим элементом. Функция меди в синтезе гемоглобина тесно связана с функцией железа. Медь необходима для превращения поступающего с пищей железа в органически связанную форму, а также для стимуляции созревания ретикулоцитов и превращения их в эритроциты. Кроме того, она способствует переносу железа в костный мозг. Она обладает свойством активировать цитохромоксидазу костного мозга, что благоприятно сказывается на эритропоэзе. Снижение содержания меди в сыворотке крови наблюдается при некоторых видах железодефицитной анемии. Железодефицитные анемии не поддаются лечению одним железом и непременно требуют добавления к курсу терапии также и приема препаратов меди. С другой стороны, есть сведения о том, что между медью, цинком и железом существует определенный физиологический антагонизм. Так, показано, что острая интоксикация ионами меди сопровождается выраженным гемолизом эритроцитов. Повышение в сыворотке сопровождается мегалобластической и апластической анемией, талассемией, лейкозом, гемохроматозом,

Заболеваний анемией людей на почве недостаточности меди не выявлено. Однако имеются данные о том, что у населения районов, характеризующихся недостаточностью железа, меди, кобальта и других участвующих в кроветворении биомикроэлементов в почве, воде и местных продуктах питания, отмечаются изменения состава крови, характерные для начальных форм анемии. Медная недостаточность у человека возможна при полном парэнтеральном питании и физиологической анемии беременных. Следует также отметить, что медь находится в антагонистических отношениях с молибденом, сульфатной серой, марганцем, цинком, свинцом, стронцием, кадмием, серебром и др., которые влияют на усвоение и обмен меди. Карбонат кальция может ограничивать всасывание меди из-за понижения кислотности среды в верхних отделах пищеварительного тракта.

Третьим биомикроэлементом, участвующим в кроветворении, является кобальт, который активирует процессы образования эритроцитов и гемоглобина и таким образом стимулирует кро­ветворение. Кобальт воздействует на образование ретикулоцитов и на их превращение в зрелые эритроциты. Одним из возможных механизмов стимуляции эритропоэза является влияние кобальта на образование эритропоэтинов (Ноздрюхина Л.Р., 1977). Это действие кобальта объясняется, по-видимому, блокированием SH-групп некоторых оксидоредуктаз, приводящим к кислородному голоданию костного мозга, что является стимулятором усиленного синтеза эритропоэтина.

Гемопоэтическое действие кобальта проявляется при условии достаточно высокого уровня меди в организме и отсутствует в случаях применения его в условиях обеднения организма железом и медью. Кобальт оказывает выраженное влияние на активность некоторых гидролитических ферментов. Отмечено высокоэффективное активирующее действие кобальта на костную и кишечную фосфатазу.

Кобальт является основным исходным материалом при эндогенном синтезе в организме витамина Bi2.

Удовлетворение потребности организма в витамине BJ2 происходит наряду с поступлением его в составе пищи и за счет синтеза его кишечной микрофлорой из кобальта, поступающего с пищей.

Всасывание кобальта в кишечнике происходит лучше других МЭ-металлов. 90 % всего количества потребляемого кобальта приходится на продукты растительного происхождения. Усвоение кобальта и железа существенно повышается при дефиците последнего, что свидетельствует об их взаимном антагонизме на уровне всасывания из сегментов тощей кишки. Но лишь 1000-кратный избыток кобальта почти полностью подавляет поглощение железа, главным образом за счет торможения выхода последнего из клеток слизистой оболочки кишечника в кровь.

В крови содержание кобальта колеблется от 0,07 до 0,6 мкмоль/л и зависит от сезона и времени суток. Оно несколько выше летом, что связано с употреблением в пищу свежих овощей и фруктов, богатых этим МЭ. Концентрация кобальта значительно выше в эритроцитах, чем в плазме, где он находится в связанном с альбумином состоянии.

Много общего с биологическим действием кобальта в отношении стимулирования процессов кроветворения отмечается также в биологическом действии никеля. Никель относится к числу так называемых «новых» МЭ, жизненная необходимость которых была установлена только в последние десятилетия. Показано, что внутрибрюшинное введение соединений никеля усиливает эритропоэз у кроликов с гемолитической анемией (Nielsen F.H., 1982, 1988). Считается, что никель влияет на гемопоэз через обмен железа. Кроме того, никель увеличивает транспорт цинка, меди и других МЭ -металлов в клетки организма. Никель способствует всасыванию железа в пищеварительном тракте, будучи кофактором биолиганда, связывающего железо. Или участвуя в ферментном механизме. Превращающем Fe3+ в легко усвояемое Fe2+ (Nielsen F.H., 1988).

При дефиците железа скорость всасывания самого никеля существенно возрастает.

Установлено участие марганца в кроветворении. Многочисленные наблюдения подтверждают стимулирующее влияние марганца на содержание гемоглобина в эритроцитах. Описаны случаи положительного воздействия марганца на течение анемии. Однако, по некоторым данным, марганец не влияет на гемопоэз и процессы кроветворения. При оценке роли марганца в процессах кроветворения показана эффективность его действия в комплексе с другими кроветворными микроэлементами -- медью, кобальтом, железом, возможно, с никелем.

На процессы всасывания МЭ, участвующих в кроветворении, оказывает влияние целый ряд других МЭ. Следует отметить, что прием цинка в ионной форме (например, сульфат цинка) снижает всасывание меди. С другой стороны, пониженный уровень содержания цинка в организме часто сопровождает развитие серповидноклеточной анемии, а прием цинка снижает проявление некоторых симптомов этого заболевания (особенно частых приступов боли, причиняющих большие страдания).

Наиболее восприимчива кроветворная система к свинцу, особенно у детей. Дети более чувстви­ельны к токсическому эффекту свинца и он проявляется при более низких концентрациях. Анемия при свинцовом токсикозе имеет характер микроцитарной, как и при дефиците железа. При этом отмечается снижение синтеза порфобилиногена и протопорфирина,

Микроэлементы, участвующие в обмене соединительной ткани, остеогенезе, оссификации

Обмен соединительной ткани в целом, включая и ее твердые ткани, также связан с участием целого ряда минеральных компонентов. Это кальций, магний, фтор, стронций, кобальт, медь и целый ряд других МЭ, которые взаимодействуют между собой в организме как синергисты или как антагонисты.

В организме человека содержится около 1200 г кальция, причем из этого числа 99% содержится в костях. Ионы Са2+ участвуют в образовании неорганической фракции костной ткани.

В плазме человека около 40% кальция связанно с белками, а свыше 50% находится в физиологически активном состоянии. Потребность в нем составляет 800 мг/сутки. Однако в настоящее время потребление кальция колеблется на уровне 500 мг/ сутки, что составляет в среднем 65-70% от физиологической нормы

Больше всего кальция содержится в молоке и молочных продуктах, например, в сыре. Его достаточное количество содержится в овощах с зелеными листьями, в кочанной капусте, черносливе, крапиве, красном перце, петрушке, мяте перечной, подорожнике, в блюдах из овсянки и в плодах шиповника.

Обычно организмом усваивается от 10 до 40% от поступившего в желудочно-кишечный тракт. Нужно знать, что существуют вещества, которые имеются в некоторых растительных продуктах и затрудняют всасывание кальция. В первую очередь, к ним относятся щавелевая кислота, содержащаяся в шпинате и щавеле, и фитиновые кислоты, которые находятся в злаковых. Например, последняя, взаимодействуя с кальцием, образует кальцинаты, не всасывающиеся в желудочно-кишечном тракте. Всасывание кальция улучшается в присутствии витамина D, т. к. он стимулирует синтез кальций связывающего белка. Всасывание кальция улучшается также в присутствии лимонной кислоты, которая образует с кальцием прочный хорошо растворимый комплекс, способный легко всасываться в кишечнике.

В норме в сыворотке крови содержится 2,3-2,75 мМ/л кальция, в цельной крови нормальное содержание кальция равняется 2,3-3,0 мМ/л.

Увеличение уровня кальция в сыворотке встречается при гипервитаминозе витамина D, острой атрофии костной ткани, болезни Педжета с патологическими переломами, акромегалии, гангренозном перитоните, саркоидозе, синдроме Иценко-Кушинга, на фоне сердечной недостаточности и тиреотоксикозе.

Уменьшение уровня кальция в крови наблюдается при хронической недостаточности витамина D, при хронических заболеваниях почек, остром панкреатите, спазмофилии у детей, при массивной гемотрансфузии, алкоголизме, при рахите, на фоне применения диуретиков, фенобарбитала. У людей заметное понижение всасывания кальция происходит после 60 лет, что сопровождается частыми переломами костей у стариков (Москалев Ю.И., 1985).

Снижение уровня кальция в сыворотке ниже 1,5 мМ/л может вызывать судороги.

Норма выделения кальция с мочой составляет 2,5-7,5 мМ/сутки, увеличение выделения кальция с мочой отмечается при синдроме Иценко-Кушинга, акромегалии, остром панкреатите, гипотиреозе, остром нефрите и т.д.

Вместе с кальцием, фосфором и витамином D сохраняют здоровую минеральную структуру костей магний. Магний так же играет важную роль в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний, остеопороза.

В организме человека содержится 25 гр. магния, 1/3 от всего количества связана со скелетом. Потребность в нем составляет 400 мг/сутки. Богаты магнием хлеб, овсяные и гречневые крупы, в молоке и твороге его меньше, но из них он лучше усваивается. Интересны его взаимоотношения с кальцием: т.к. последний может уменьшать усвояемость магния, в виду того, что они делят между собой общую систему транспорта в кишечнике. Оптимальное соотношение содержания кальция и магния в рационе должно быть 2:1.

Достаточное количество магния содержится в большинстве продуктов питания, особенно в молочных продуктах, мясе, рыбе, продуктах моря. Богатыми источниками являются яблоки, абрикосы, бананы, мускатная дыня, грейпфрут, петрушка, красный перец, шалфей, лист малины, хмель, пшеничная мука, цельные зерна, солодка.

Нормальный уровень магния в сыворотке 0,7-1,2мМ/л, в моче 3,0-5,0 мМ/л.

Необходимую крепость костям, зубам придает также фосфор. 80-85% фосфора находится в составе скелета и только 15-20% распределено между тканями организма. Входит в состав основы молекул наследственности - ДНК и РНК, а так же в состав молекулы являющейся поставщиком энергии - АТФ.

Потребность для взрослых составляет 1200 мг/сутки. Норма в плазме фосфора составляет 1,0-2,0 мМ/л, в моче 25,8-48,4 мМ/сутки.

Снижение уровня фосфора в крови является ранним признаком развития рахита или является исходом нарушения всасывания последнего из пищи. Встречается так же и при обеднении фосфатами пищи - т.е. в этом случае имеются алиментарные причины. Увеличение его содержания выше нормы наблюдается при избыточном поступлении витамина D, акромегалии, почечной недостаточности, при метастазах в костную ткань. Увеличение уровня фосфора в моче наблюдается при рахите, причем показатель возрастает в несколько раз, при таких заболеваниях как лейкоз, менингит и др.

Следует знать, что для правильного питания необходимо не только количество, но и правильное соотношение его с кальцием. Оптимальным для взрослого человека считается соотношение: 1 часть кальция - 1,5 части фосфора. Избыток последнего может способствовать выведению кальция из организма, в частности из костей; в случае избытка кальция возможно развитие мочекаменной болезни.

Практически до 99% фтора находится в зубах и костях.. Основным фактором определяющим баланс фтора в организме, является кислотно-щелочное равновесие, поскольку pH определяет, сколько его будет всасываться обратно в канальцах почек и сколько будет выводиться с мочой.

В норме всасывается около 1 мг/сутки, в крови содержится фтора в среднем 260 мкг/л, в моче 200 мкг/л.

Патология у человека может быть связана как с избытком, так и недостатком фтора, в первом случае развивается флюороз, во втором гипофтороз.

Недостаток фтора может быть в любом возрасте и причиной этому является недостаток его в питьевой воде. В клинике гипофтороз проявляется кариесом зубов, а у детей - замедлением прорезывания и роста зубов, нарушением работы иммунной системы, остеопорозом скелета и склонностью к переломам.

Широко известно значение меди для синтеза основного белка соединительной ткани - коллагена. Дефицит меди проявляется дефектом синтеза коллагена, сопровождающимся ломкостью костей и деформацией скелета. Недостаток меди проявляется нарушением формирования скелета, соединительной ткани, - т.к. медь входит в состав ферментов, участвующих в образовании соединительной ткани, нарушается формирование сердечно - сосудистой системы, приводит к поражению нервной системы (гипоплазия миелина).

Так, в костной ткани животных при дефиците меди повышено содержание растворимого коллагена (тропоколлагена) и снижено число альдегидных групп, что свидетельствует о нарушении процессов образования костного коллагена ([aI (I)]2a2(I), требующего образования прочных поперечных связей между отдельными молекулами тропоколлагена для формирования коллагеновых фибрилл. Медная недостаточность может сопровождаться также нарушением синтеза коллагена III типа [a1 (III)]3 и особенно эластина проявляется обширными внутренними кровоизлияниями в результате образования аневризм крупных артерий. Как и в случае скелетных нарушений, основным биохимическим дефектом при данной патологии является неспособность к синтезу соединений, обеспечивающих сшивку фибрилл этих белков. Нарушения формирования и повышенная повреждаемость соединительнотканных структур, особенно коллагеновых и эластических волокон, а также кости и хряща при различных формах медной недостаточности довольно хорошо изучены у различных видов животных и воспроизведены в эксперименте. Этого нельзя сказать о соответствующей патологии человека, которая пока еще не находится в центре внимания клиницистов и патологоанатомов. К медьдефицитным состояниям относятся некоторые врожденные заболевания, такие как синдром Морфана, при котором имеется конституциональная недостаточность медьзависимого фермента лизилоксидазы, что ведет к глыбчатому распаду микрофибриллярного компонента эластических мембран.

Другим важным МЭ, имеющим важное значение для обмена соединительной ткани, включая остеогенез и оссификацию, является марганец. Для этого МЭ связь с процессами оссификации и с состоянием костной ткани является его основным биологическим свойством.

В наибольшей степени марганец концентрируется в трубчатых костях, где он связан с неорганической их основой. В больших количествах марганец содержится в ребрах. Он обладает выраженным активизирующим влиянием на костную фосфатазу, что, по-видимому, является основной стороной участия марганца в процессах оссификации. Под влиянием марганца повышается активность других фосфатаз - печеночной, почечной, кишечной и др. На всасывание марганца оказывают влияние избыток кальция и фосфора, которые повышают потребность организма в марганце. Имеет место также взаимное угнетение всасывания марганца и селена.

Дефицит марганца у животных отражается в первую очередь на формировании скелета как во внутриутробный, так и постнатальный периоды жизни.

Повышенное поступление марганца приводит к изменениям в костях, идентичному рахиту, и возникновению заболевания животных, получивших название марганцевого рахита. Лечение витамином D марганцевого рахита при общем полноценном питании достаточно эффективно и приводит к полному выздоровлению.

Значительную роль в процессах оссификации играет стронций, для которого в этих процессах заключается основное биологическое значение. По физико-химическим свойствам стронций является аналогом кальция. В обмене этих катионов много общего, хотя стронций не способен полностью заменить кальций в биохимических процессах.

В костной ткани содержание стронция составляет 0,024% в пересчете на золу. Отмечен параллелизм содержания в тканях кальция и стронция. Максимальная концентрация стронция отмечена в зонах наибольшей оссификации.

Стронциевый рахит Повышенное введение стронция угнетает костеобразование и приводит к нарушению процесса оссификации и возникновению у экспериментальных животных заболевания, называемого стронциевым рахитом. В отличие от обычного рахита эта болезнь не излечивается ни препаратами витамина D, ни питанием, в котором оптимально сбалансированы кальций и фосфор. Изучение механизма угнетающего действия стронция на костеобразование показало, что стронций не сказывает какого-либо влияния на активность костной фосфатазы. Вопрос о сущности угнетающего его действия на процессы оссификации остается открытым.

Возникновение стронциевого рахита у животных известно и в природных условиях. В местностях, характеризующихся высоким содержанием стронция во внешней среде (почва, вода, растительный покров), у животных возникает заболевание, проявляющееся порозностью костей, их ломкостью, а также специфическими изменениями и размягчением эпифизарной части трубчатых костей. Заболеваемость животных стронциевым рахитом отмечена и в некоторых районах СССР (Туркмения, Каракумы и др.). В непосредственной связи с уровнем почвенного содержания стронция и распространения стронциевого рахита среди животных находится заболевание людей уровской болезнью, которую, по мнению ряда авторов, можно рассматривать как разновидность стронциевого рахита у человека.

В процессах оссификации совместно с магнием и фтором участвует кремний.

Кремний принимает непосредственное участие в процессе минерализации костной ткани. Необходим для поддержания эластичности стенки артерий и играет важную роль в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний. Кремний защищает интиму аорты от ее инфильтрации липидами за счет уменьшения проницаемости соединительной ткани, оказывает стимулирующее влияние на иммунитет и замедляет процессы старения в тканях. Высокое содержание кремния в соединительной ткани связано, по-видимому, с его присутствием в качестве структурного компонента в составе гликозоаминогликанов и их белковых комплексов, образующих остов данных тканей и придающих им прочность и упругость. При фракционировании экстрактов различных видов соединительной ткани как хрящ, кость и кожа, были получены белково-гликозаминогликановые комплексы, а также гликозаминогликаны с высоким содержанием кремния. Кремний не только необходим для формирования основного вещества кости и хряща, но может принимать и непосредственное участие в процессе минерализации костной ткани. Физиологическая роль кремния при этом связана в основном с синтезом гликозаминогликанов и коллагена. Кремний активирует фермент превращающий пролин в оксипролин, без которого не может синтезироваться полноценный коллаген.

Среднее содержание в крови составляет 8,25 мг/сутки. Надо отметить, что, во-первых, его содержание в крови увеличивается при тяжелой форме гепатита, а снижается у больных экземой, нейродермитом, а, во вторых, с возрастом его уровень в организме снижается, поэтому у пожилых людей потребность в кремнии может повышаться.

Источники: бурый рис, свекла, соевые бобы, цельные зерна, зеленые листья овощей.

Кальций, магний, марганец и калий улучшают усвоение кремния организмом.

Важная роль в развитии скелета принадлежит также цинку. При дефиците цинка отмечено угнетение щелочной фосфатазы в хондроцитах эпифизарного хряща, что может служить одним из основных биохимических дефектов развития кости. Хотя показано, что цинк принимает участие в процессах кальцификации кости, однако, конкретные механизмы его действия пока еще не раскрыты (Авцын А.П., 1991).

Роль МЭ в обмене и функциях нервной системы

Предположительно, главную этиологическую роль в развитии нейродегенеративных заболеваний могут играть токсичные металлы: алюминий, медь, кадмий, свинец и другие. Так, указанные металлы могут ингибировать пироглутамил-аминопептидазу, участвующую в инактивации ГАМК (g-аминомасляной кислоты) -- нейромедиатора нейронов, -- была наиболее чувствительной к ингибиции низкими концентрациями металлов.

Ионы железа, никеля и меди селективно нарушают процессы посттрансляционного гликозилирования р-дофамингидроксилазы. Очевидно, что металлы способны таким образом влиять на метаболизм нейромедиатора дофамина и возможное развитие болезни Паркинсона.

Определенную роль в процессах передачи нервного импульса играет медь. При ее дефиците в синаптосомах существенно повышается связывание ГАМК мускариновыми рецепторами и снижается связывание бензодиазепина, что может служить одной из причин возникновения расстройств ЦНС при недостаточности меди. Угнетается при этом и функция опиоидных рецепторов мозга.

Одна из наиболее известных форм патологии медного обмена - гепатоцеребральная дистрофия (болезнь Вильсона-Коновалова) представляет собой прогрессирующее дегенеративное наследственное заболевание ЦНС, сочетающееся с крупноузловым циррозом печени. При этом обнаруживается снижение содержания церулоплазмина в плазме крови и избыток свободной меди, которая в этой форме угнетает активность окислительных ферментов, что приводит к гибели клеток. Тяжелые нарушения кровообращения усиливают имеющуюся тканевую гипоксию. Погибают именно те элементы ЦНС, потребность которых в кислороде особенно велика.

Роль МЭ в синтезе и функциях гормонов

МЭ играют важную роль в синтезе, процессинге гормонов, а также в проявлениях гормональных эффектов в клетках-мишенях.

Участие в синтезе и процессинге гормонов в клетках эндокринных органов проявляется в первую очередь в повышенном содержании в них МЭ. Так, высокая концентрация цинка обнаружена в гипофизе, поджелудочной железе, особенно в a- и b-клетках островков Лангерганса, в половых железах и печени (Ноздрюхина Л.Р., 1977). Недостаточность цинка влечет за собой замедление развития семенников, их придатков, предстательной железы и гипофиза (Underwood E.G., 1977).

Наибольший интерес привлекла взаимосвязь цинка с инсулином. Считают, что цинк необходим для образования гексамера и других кристаллических форм инсулина, в виде которых происходит депонирование инсулина b-клетками поджелудочной железы. Включение цинка в инсулин пролонгирует его физиологическое действие и гипогликемическое состояние. С учетом этого явления был приготовлен препарат протаминцинкинсулин, оказывающий пролонгированное гипогликемическое действие.

Для нормальной секреции инсулина также необходимо наличие марганца. При недостаточности марганца снижается активность Mn-СОД в a- и b-клетках поджелудочной железы, что существенно повышает чувствительность железы к повреждающему действию супероксидных радикалов.

Важным МЭ, принимающим участие в действии инсулина, является хром. Наиболее хорошо изучено, что хром способен усиливать действие инсулина во всех метаболических процессах, регулируемых этим гормоном. Хром в присутствии инсулина ускоряет окисление глюкозы в жировой ткани придатков яичников хромдефицитных крыс, повышает скорость проникновения глюкозы в клетки и ее превращение в жир, стимулирует поступление глюкозы в изолированный хрусталик глаза и синтез гликогена, но не оказывает влияния на процессы, не зависящие от инсулина. При недостаточности хрома у животных и человека могут быть обнаружены следующие признаки: снижение толерантности к глюкозе, повышение концентрации инсулина в крови, глюкозурия, гипергликемия натощак, задержка роста, уменьшение продолжительности жизни, повышение концентрации триглицеридов и холестерина в сыворотке крови, увеличение числа атеросклеротических бляшек в аорте, периферические нейропатии, нарушение высшей нервной деятельности, снижение оплодотворяющей способности и числа спермиев.

О первостепенной важности для синтеза гормонов щитовидной железы йода известно еще с начала ХХ века. Основным источником йода на планете является мировой океан, куда этот элемент приносится из атмосферы, водными потоками и ледниками. Йод - истинный биомикроэлемент. В организме взрослого человека содержится 20-30 мг йода, в том числе в щитовидной железе - около 10 мг. Для обеспечения организма адекватным количеством тиреоидных гормонов щитовидная железа должна получать около 60 мкг йода в сутки. Йод окисляется тиройодпероксидазой до «активного» йода, после чего приобретает способность реагировать с остатками аминокислоты тирозина в составе специализированного белка тиреоглобулина. При этом образуются монойодтирозин (МИТ) или дийодтирозин (ДИТ). В дальнейшем МИТ и ДИТ объединяются в трийодтиронин (Т3) или тетрайодтиронин (Т4). Готовые гормоны отделяются от тиреоглобулина с помощью лизосомальных протеиназ и освобождаются в кровь.

Основной причиной эндемического зоба является йодная недостаточность. Однако, по данным отдельных исследований, возникновение заболеваний связано с уровнем содержания в почве и местных пищевых продуктах марганца, фтора, кобальта и других биомикроэлементов, а также кальция и фосфора. Большое значение в распространении зоба имеют общая полноценность питания и достаточность в пищевом рационе белка, жира и др. Все эти факторы способствуют распространению эндемического зоба.

Есть также данные о влиянии на синтез паратгормона, а, следовательно, на обмен кальция, магния, фосфора и холекальциферола, еще одного МЭ - бора. Дефицит бора (0,3-0,4 мг/кг) приводит к развитию гипопаратиреоидному состоянию. Напротив, повышенное содержание бора в рационе ослабляет признаки гиперпаратиреоидизма, вызванном гиперфторозом.

Второй важный аспект взаимодействия эндокринной системы с МЭ - участие последних в передаче гормонального сигнала в клетки-мишени.

Так, Ф.З. Меерсон (1993) выделил два Са2+-зависимых механизма передачи гормонального сигнала внутри клетки: первый -- опосредован Са2+-каналами, блокируемыми ионами кадмия, бария, марганца и других.

Второй -- связан с активностью фосфолипазы С, и протеинкиназы С, связанных между собой диацилглицеролом (ДАГ) и фосфоинозитолом. Из литературы известно, что в иммунной системе и, в частности, в макрофагах и лимфоцитах существуют оба описанных механизма. При этом Са2+-каналы блокируются конкурирующими металлами при их довольно высокой концентрации (более 2 моль/л), значения которых наблюдаются довольно редко в естественных условиях in vivo (при острых отравлениях металлами). В условиях длительной экспозиции организма субтоксическими, малыми дозами металлов, имеющей место наиболее часто, происходит дезорганизация именно второго Са2+-зависимого пути, с помощью которого регулируется индукция генов большинства цитокинов и факторов роста.

Регуляция ответа на различные гормоны и медиаторы в естественных клетках-киллерах (ЕКК) и лимфоцитах также связана с G-белками. ЕКК (CD 16+/CD3^) активируются интерлейкинами ИЛ-2 и ИЛ-12, которые обеспечивают максимальный уровень экзоцитоза гранул с протеолитическими ферментами в результате функции Са2+/О-белок-зависимого механизма Регуляторные системы трансдукции сигналов с участием G-белков активируются ионами магния и марганца. Особенно мощное активирующее влияние на G-белки, связанное с образованием негидролизуемого аналога ГТФ, оказывает A1F4~. Ионы F" активируют фосфолипазу С.

В реакциях АТФ-зависимого фосфорилирования протеинкиназ существует возможность замены магния на марганец или кобальт, в то время, как кальций, цинк, кадмий, барий и свинец оказывают на протеинкиназы мощное угнетающее воздействие. В высоких концентрациях магний и марганец также обладают подавляющим эффектом.

Размещено на Allbest.ru