Минеральные элементы

Минеральные вещества наряду с белками, жирами, углеводами и витаминами являются жизненно важными компонентами пищи человека, необходимыми для построения структур живых тканей и осуществления биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма.
По классификации, основанной на количественном признаке, все минеральные элементы делятся на три группы в соответсвии с их содержанием в организме:

Макроэлементы — содержатся в организма в больших количества (десятки и сотник миллиграмов на 100 г живой ткани или продукта) концентрация в организме превышает 0,01%. К ним относятся O, C, H, N, Ca, P, Ka, Na, S, Cl, Mg. Некоторые элементы этой группы называют «органогенами».

Микроэлементы — содержатся в организме и продуктах в очень малых количествах, выражаемых единицами, десятками, сотыми, тысячными долями миллиграммов, концентрация в организме колеблется от 0,00001% до 0,01%). В эту группу входят: Fe, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Br, Si, Cs, J, Mn, Al, Pl, Cd, B, Rb.

Ультрамикроэлементы — концентрация в организме ниже 0,000001%. Это Se, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ti, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Sc, Zr, Bi, Sb, Th, Rh, Н.

Значение минеральных веществ многообразно. Можно выделить их роль в построении тканей организма, особенно костей. Макроэлементы участвуют в регуляции кислотно-основного состояния организма. В крови и межклеточных жидкостях поддерживается слабощелочная реакция, изменение которой отражается на химических процессах в клетках и состоянии всего организма. 
Минеральные вещества пищи оказывают преимущественного щелочное (катионы - кальций, магний, натрий, калий) или килотное (анионы - фосфор, сера, хлор) действие на организм. В зависимости от минерального состава некоторые продукты (молочные, овощи, фрукты, ягоды) вызывают щелочные сдвиги, а другие - кислотные (мясо, рыба, яйца, хлеб, крупы). Диеты щелочной направленности применяют при достаточности кровообращения, почек, печени, при тяжелых формах сахарного диабета, мочекаменной болезни (уратурия, оксалатурия) и т.д. Диеты кислой направленности рекомендуются при мочекаменной болезни с фосфатурией, эпилепсии. 
Макроэлементы регулируют водно-солевой обмен, поддерживают осмотическое давление в клетках и межклеточных жидкостях, что необходимо для передвижения межди ними питательных веществ и продуктов обмена.
Нормальная функция нервной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и других систем невозможна без минеральных веществ. Минеральные вещества влияют на защитные функции организма и его иммунитет. Процессы кроветворения и свертывания крови не могут происходит без участия железа, меди, никеля, марганца, кальция и других минеральных элементов. Минеральные вещества, особенно макроэлементы, входят в состав или активируют действие ферментов, гормонов, витаминов и, таким образом, участвуют во всех видах обмена веществ. Они являются незаменимой составной частью пищи, а их длительных недостаток или избыток в питании ведет к нарушениям обмена веществ и даже заболеваниям. Основные причины этих явлений:
1. Однообразное питание, перимущественно включение в рацион один продуктов в ущерб других. Отдельные продукты богаты одними минеральными веществами и бедны другими. Только разнообразный продуктовый набор обеспечивает сбалансированное поступление всех минеральных веществ. Так, молочные продукты - лучшие источники легкоусвояемого кальция, но содержат мало магния и кроветворных макроэлементов.
2. Особенности минерального состава пищевых продуктов, связанные с химическим составом почвы и воды отдельных географических районов. Недостаток или избыток некоторых минеральных элементов обусловливает уменьшение или увеличение поступления в организм этих веществ с местными продуктами и питьевой водой. В результате возникают эндемические, т.е. свойственные определенным районам, заболевания, например, эндемический зоб от недостатка йода.
3. Несбалансированное питание. Избыток или дефицит в рационе белков, жиров, углеводов, витамином нарушает усвоение минеральных веществ даже при их нормальном содержании в пище. Имеет значение и сбалансированность в питании самих минеральных веществ. Например, усвоение кальция ухудшается при слишком большом содержании в пище жиров, фосфора, магния, недостатке витамина Д и белков.
4. Неправильная кулинарная обработка пищевых продуктов. При длительном вываривании очищенных овощей до 20-30% минеральных солей переходит в отвар, при неправильном размораживании мяса и рыбы теряются минеральные вещества. Минеральный состав пищи лучше сохраняется при варке на пару и отваривании овощей в кожуре с последующей очисткой.
5. Отсутствие изменений в питании при повышенной потребности организма в минеральных веществах, обусловленных физиологическими причинами: беременностью, кормлением грудью, характером и условиями труда и др. Например, у беременных и кормящих женщин потребность в кальции, фосфоре, железе и других минеральных веществах значительно повышается.
6. Заболевания, ведущие к ухудшению высывания минеральных веществ из желудочно-кишечного тракта, их повышенным потерям, лекарственная терапия мочегонными и некоторыми гормонами изменяет обмен минеральных веществ и потребность в них. Все это требует изменения характера питания.
Количественное содержание некоторых элементов в организме может значительно варьироваться в зависимости от среды обитания человека, его рациона питания и трудовой принадлежности (это утверждение, относится к фтору, ванадию, селену, стронцию, молибдену и кадмию).

Классификация, основанная на биологической роли элементов.
Согласно этой классификации, минеральные элементы, обнаруженные в организме делят на три группы:
1) жизненно необходимые (биогенные, эссенциальные элементы);
2) вероятно (условно) необходимые (условно эссенциальные элементы);
3) элементы с малоизученной или неизвестной ролью.

Для большинства млекопитающих животных эти классификации можно представить следующим образом:

Элемент может быть отнесен к эссенциальным, если он удовлетворяет следующим требованиям:

• постоянно присутствует в организме в количествах, сходных у разных индивидуумов;
• ткани по содержанию данного элемента всегда располагаются в определенном порядке;
• синтетический рацион, не содержащий этого элемента, вызывает у животного характерные симптомы недостаточности и определенные биохимические изменения в тканях;
• этим симптомы и изменения могут быть предотвращены или устранены путем добавления данного элемента в пищу.

Основу живых систем составляют 6 элементов, так называемых органогенов. К ним относятся углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Органогены по своему содержанию в организме относятся к макроэлементам, составляя 97,4% массы живого организма и играют важнейшую роль в поддержании жизнедеятельности. Для органогенов характерно образование водорастворимых соединений, что способствует их концентрированию в живых организмах. Из органогенов в основном состоят белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Минеральные вещества могут взаимодействовать как между собой, так и с другими элементами. Это взаимное влияние типа синергизма или антагонизма осуществляется в самой пище, пищеварительном канале, а также в процессе тканевого и клеточного метаболизма. Знание этих закономерностей позволяется предупредить нежелательные формы взаимодействия и явления так называемой вторичной минеральной недостаточности. 

Синергизм минеральных элементов в области желудочно-кишечного канала предполагает возможность последующих механизмов взаимодействия:

• непосредственное взаимодействие элементов (Са и Р, Na и Cl, Zn и Мо) когда уровень адсорбции определяется их оптимальным соотношением в рационе и химусе;
• взаимодействие, опосредованное через процессы фосфорилирования в кишечнике и активностью пищеварительных ферментов (например, влияние Р, Zn, Co на освобождение из пищи и адсорбцию других элементов);
• непрямое взаимодействие путем стимуляции роста и активности микрофлоры в желудке и кишечнике.

На уровне тканевого и клеточного метаболизма также возможны разные механизмы синергического взаимодействия:

• прямое взаимодействие элементов в структурных процессах (взаимодействия Са и Р в образовании костей, совместное участие Fe и Cu в образовании гемоглобина, взаимодействие Mn и Zn в конформации молекул РНК печени);
• одновременное участие элементов в активном центре какого-либо фермента Fe и Mo в составе ксантин- и альдегидогсидаз, Сu и Fe в составе цитохромоксидаз);
• активирование ферментных систем и усиление синтетических процессов, требующих для своего осуществления присутствия других минеральных элементов (активация синтеза ионами Mg++ с последующим включением в синтез Р, S и других элементов);
• активирование функций эндокринных органов и опосредованное влияние через гормоны на обмен других макро- и микроэлементов (йод-тироксин-усиление анаболических процессов — задержка калия и магния в организме).

Антагонистами можно считать элементы, которые:
а) тормозят всасывание друг друга в пищеварительном канале;
б) оказывают противоположное влияние на какую-либо биохимическую функцию в организме.
​
Эффект ингибирования адсорбции (антагонизм) одних элементов другими в пищеварительном канале может быть обусловлен следующими механизмами:

• простым химическим взаимодействием элементов (образование фосфата магния при избытке последнего в рационе, взаимодействие меди с сульфатом, образованием тройной соли Са-Р-Zn при повышенных дозах кальция в рационе);
• адсорбцией на поверхности коллоидных частиц (фиксация Mn и Fe и частицах нерастворимых солей магния или алюминия);
• B, Pb, Tl и др. на окислительное фосфорилирование, сокоотделение и активность ферментов (что ухудшает расщепление пищевых ингредиентов, освобождение и всасывание неорганических ионов);
• конкуренцией за вещество-переносчик ионов в кишечной стенке (Co2+-Fe2+).

В процессе тканевого метаболизма, где минеральные элементы элементы находятся в основном в ионной форме, возможны следующие механизмы антагонистических взаимосвязей:

• непосредственно взаимодействие простых и сложных неорганических ионов (например, медь-молибден);
• конкуренция ионов за активные центры в ферментных формах (магний, марганец в маталлоферментных комплексах щелочной фосфатазы, холинэстеразы и др);
• конкуренция за связь с веществом-переносчиком в крови (Fe2+ и Zn2+ как конкуренты за связь и трансферрином плазмы);
• активирование ионами ферментных систем с противоположной функцией (активация ионами меди аскорбиноксидазы, окисляющей аскорбиновую кислоту, и активация ионами цинка и марганца лактоназ, способствующих синтезу этого витамина);
• антагонистическое влияние ионов на один и тот же фермент (активация АТФ-азы ионами Мg2+ и торможение ионами Ca2+);
• смягчение йонами биотических элементов токсического влияния тяжелых металлов, присутствующих в рационе и средах организма (например, уменьшения уровня Pb в организме при добавках в рацион меди, цинка, марганца).

В основном химические элементы поступают в организм человека с пищей и водой. Выделение же происходит более разнообразными путями.
Так, с мочой преимущественно выделяется Se, Fe, I, Co, Cd, B, Br, Ge, Mo, Nb, Rb, Cs, Te и Sb.
С потом в основном выделяется Se, F, Pb, Sn, Ni, а с волосами Hg.
И все же основные количества выводятся с калом.

Биотики — термин, введенный А.И. Венчиковым в 1942 году. Биотики — это химические вещества экзогенного происхождения, входя в биохимические структуры и системы организма способны не только участвовать в качестве жизненно необходимых агентов в ходе физиологических процессов, но и нормализоваывать их, а также повышать сопротивляемость организма на него вредных агентов. По характеру действия они относятся в основном к биологическим катализаторам.
К биотикам могут быть отнесены микроэлементы, витамины, а также в определенных случаях и некоторые макроэлементы (например, железо, кальций, сера).
Термин «биотики» был введен в обращение в связи с необходимостью охарактеризовать принцип лечения, основанный на применении микроэлементов в качестве естественных (физиологических) агентов. Микроэлементы входят во внутренние биохимические системы организма и обладают свойствами повышать сопротивляемость — стимулировать общую жизнедеятельность. Тем самым биотики противоставляются другим средствам, действующим путем подавления жизнедеятельности организмов (например, микробов) и в силу этого приводящих их к гибели. Т.о. возникает два противоположных воздействия на организм, пораженного болезнетворными микробами: либо путем прямого влияния на микробы («антибиотиками»), либо с помощью повышения защитных организмов («биотиками»). Антибиотики в той или иной мере обладают токсическими свойствами в отношении организма человека, биотики их полностью лишены.
В то же время, не каждый элемент в организме является биотиком. Если он играет роль пластического материала или создает в организме лишь определенное физико-химическое состояние среды, то нет оснований называть его биотиком. Биотики не обязательно дложны принадлежать только к группе микроэлементов, к ним можно отнести макроэлементы и витамины.