>>> микроэлементы
Минеральные вещества играют исключительно важную роль в жизни живых организмов. Наряду с органическими веществами минералы входят в состав органов и тканей, а также участвуют в процессе обмена веществ.
В общей сложности в организме человека определяется до 70 химических элементов. Из них 43 элемента являются абсолютно необходимыми для нормального протекания обмена веществ.
Все минеральные вещества, исходя от их количественного содержания в организме человека, принято разделять на несколько подгрупп: макроэлементы, микроэлементы и ультраэлементы.
Макроэлементы представляют собой группу неорганических химических веществ, присутствующих в организме в значительных количествах (от нескольких десятков граммов до нескольких килограммов). К группе макроэлементов относятся натрий, калий, кальций , фосфор и др.
Микроэлементы встречаются в организме в гораздо меньших количествах (от нескольких граммов до десятых долей грамма и менее). К таким веществам относятся: железо, марганец, медь, цинк, кобальт, молибден, кремний, фтор, йод и др. Особой подгруппой микроэлементов являются ультрамикроэлементы, содержащиеся в организме в исключительно малых количествах (золото, уран, ртуть и др.).
Роль минеральных веществ в организме
Минеральные (неорганические) вещества входящие в структуру организма выполняют множество важных функций. Многие макро и микроэлементы являются кофакторами ферментов и витаминов . Это значит, что без молекул минеральных веществ витамины и ферменты неактивны и не могут катализировать биохимические реакции (основная роль ферментов и витаминов). Активация ферментов происходит посредством присоединения к их молекулам атомов неорганических (минеральных) веществ, при этом присоединенный атом неорганического вещества становится активным центром всего ферментативного комплекса. Так, например, железо из молекулы гемоглобина способно связывать кислород, для того чтобы переносить его к тканям, многие пищеварительные ферменты (пепсин, трипсин) для активации требуют присоединения атома цинка и т.д.
Многие минеральные вещества являются незаменимыми структурными элементами организма – кальция и фосфор слагают основную массу минерального вещества костей и зубов, натрий и хлор являются основными ионами плазмы, а калий, в больших количествах содержится внутри живых клеток.
Вся совокупность макро и микроэлементов обеспечивает процессы роста и развития организма. Минеральные вещества играют важную роль в регуляции иммунных процессов, поддерживают целостность клеточных мембран, обеспечивают дыхание тканей.
Поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма, предусматривает в первую очередь поддержание качественного и количественного содержания минеральных веществ в тканях органах на физиологическом уровне. Даже небольшие отклонения от нормы могут повлечь самые тяжелые последствия для здоровья организма.
Источники минеральных веществ
Основным источником минеральных веществ для человека, является потребляемая вода и пища. Одни минеральные элементы распространены повсеместно, а другие встречаются реже, и в меньших количествах. В наши дни, при условии нарушенной экологии, лучшим источником могут быть БАД (биологически активные добавки) и очищенная минерализованная вода.
Различные пищевые продукты содержат различное количество минеральных веществ. Так, например, в коровьем молоке и молочных продуктах содержится более 20 различных минералов, среди них наиболее важными являются железо, марганец, фтор, цинк, йод. Мясо и мясные продукты содержат такие микроэлементы как серебро, титан, медь, цинк, а морские продукты – йод, фтор, никель.
Как уже упоминалось выше, постоянство внутренней среды (содержание в организме различных веществ) имеет огромное значение для нормального функционирования организма. Несмотря на широкую распространенность минеральных веществ в природе, нарушения в организме, связанные с их недостатком (или реже с избытков) встречаются довольно часто. Заболевания, вызванные недостачей минеральных веществ чаще всего встречаются в определенных регионах земного шара, где в силу геологических особенностей природная концентрация того или иного микроэлемента ниже чем в других районах. Хорошо известны так называемые эндемические зоны йододефицита, в которых часто встречается такое заболевание как Зоб – следствие недостатка йода.
Однако, гораздо чаще дефицит минеральных веществ в организме встречается из-за неправильного (несбалансированного) питания , а также в определенные периоды жизни и при некоторых физиологических и патологических состояниях, когда потребность в минеральных веществах возрастает (период роста у детей, беременность , кормления грудью, различные острые и хронические заболевания, менопауза и пр.).
Краткая характеристика наиболее важных минеральных веществ
Натрий – является самым распространенным ионом плазмы – жидкой части крови. На долю этого элемента приходится основная доля в создании осмотического давления плазмы. Поддержание нормального осмотического давления и объема циркулирующей крови – это жизненно важный процесс, который реализуется главным образом благодаря регуляции абсорбции или секреции (выделения) натрия на уровне почек . При снижении объема циркулирующей крови (например, при обезвоживании или после кровопотери) на уровне почек запускается сложный процесс, целью которого является сохранение и накопление ионов натрия в организме. Параллельно с ионами натрия в организме задерживается вода, (ионы металлов притягивают молекулы воды) вследствие чего объем циркулирующей крови восстанавливается. Также натрий участвует в электрической деятельности нервной и мышечной ткани. Благодаря разнице концентрации натрия между кровью и внутриклеточной средой живые клетки могут генерировать электрический ток лежащий в основе деятельности нервной системы, мышц и других органов. Дефицит натрия встречается очень редко. Обычно он возникает в случае сильного обезвоживания или крупной потери крови. Распространенность натрия в природе (поваренная соль состоит из натрия и хлора), делает возможным быстрое восполнение резервов организма в этом элементе. При некоторых заболеваниях (например, при гипертонии) рекомендуется снижать потребление соли (следовательно, натрия) для того, чтобы немого снизить объем циркулирующей крови и понизить артериальное давление .
Калий – является основным ионом внутриклеточной среды. Его концентрация в крови во много раз меньше чем внутри клеток. Этот факт является очень важным для нормального функционирования клеток организма. Подобно натрию, калий участвует в регуляции электрической деятельности органов и тканей. Концентрация калия в крови и внутри клеток поддерживается с большой точностью. Даже небольшие изменения концентрации этого элемента в крови способно вызвать серьезные нарушения деятельности внутренних органов (например, сердца). По сравнению с натрием калий менее распространен в природе, однако встречается в достаточных количествах. Основным источником калия для человека являются свежие овощи и фрукты.
Кальций . Общая масса кальция в организме взрослого человека составляет примерно 4 килограмма. Причем основная его часть сконцентрирована в костной ткани. Соли кальция и фосфорной кислоты являются минеральной основой костей. Помимо минералов, кости содержат и некоторое количество белков, образующих своеобразную сеть на которой осаждаются минеральные соли. Белки придают костям гибкость и упругость, а минеральные соли – твердость и жесткость. Несколько граммов кальция содержится в различных органах и тканях. Здесь кальций играет роль регулятора внутриклеточных процессов. Так, например, кальций участвует в механизмах передачи нервного импульса от одной нервной клетки к другой, участвует в механизме сокращения мышц и сердца и пр. Основным источником кальция для человека являются продукты животного происхождения. Особенно богаты кальцием молочные продукты. Кальция абсолютно необходим для нормального протекания процесса обмена веществ. Недостаток кальция является довольно распространенным явлением. Чаще всего он возникает вследствие неправильного питания (употребление малого количества молочных продуктов), а также во время беременности или кормления грудью. У детей недостаток кальция может развиться в период интенсивного роста.
Железо . В организме взрослого человека содержится около 4 граммов железа, причем основная масса его сконцентрирована в крови. Железо является незаменимым компонентом гемоглобина – пигмента эритроцитов, переносящего кислород о легких к тканям. Также железо входит в состав ферментов обеспечивающих клеточное дыхание (употребление кислорода клетками). Основным источником железа для человека являются пищевые продукты растительного и животного происхождения. Железом богаты яблоки, гранаты, мясо, печень. Дефицит железа проявляется анемией, а также шелушением кожи, расслоением ногтей, появлением трещин на губах, ломкостью волос. Чаще всего от недостатка железа страдают дети и женщины детородного возраста. Причиной недостатка железа у детей является неправильное питание и быстрый рост организма. У женщин дефицит железа развивается из-за постоянной потери крови во время менструации. Особенно опасен дефицит железа во время беременности. Анемия, как проявление недостатка железа, может вызвать даже гибель плода, из-за недостатка кислорода.
Различные заболевания пищеварительного тракта (хронические гастриты , энтериты) также могут привести способствовать развитию дефицита железа.
Йод – является незаменимым для человека микроэлементом. Основная роль йода в организме человека заключается в том, что йод является активной частью гормонов щитовидной железы. Гормоны щитовидной железы регулируют энергетические процессы организма – образование тепла, рост и развитие. При недостатке йода возникает тяжелое состояние – гипотиреоз, названное так из-за недостатка гормонов щитовидной железы (для их синтеза необходим йод). Основным источником йода для человека являются молоко, мясо, свежие овощи, рыба и морские продукты. Дефицит йода возникает в основном из-за неправильного питания. В некоторых регионах земного шара (например, Урал) гипотиреоз возникает особенно часто. Это связано с недостатком содержание йода в почве и воде.
Фтор полезен для организма только в небольших количествах. При низких концентрациях фтор стимулирует развитие и рост зубов, костной ткани, образование клеток крови, повышение иммунитета. Недостаток фтора повышает риск заболевания кариесом (особенно у детей) и негативно сказывается на иммунитете. В больших дозах фтор может вызывать заболевание флюороз, проявляющееся изменениями скелета. Основным источником фтора являются свежи овощи и молоко, а так же питьевая вода.
Медь . Роль меди в организме заключается в активации тканевых ферментов, которые участвуют в дыхании клеток и превращении веществ. Также важно отметить положительное влияние меди на процесс кроветворения. При помощи меди происходит перенос железа в костный мозг и созревание эритроцитов. При недостатке меди происходит нарушение развития костной и соединительной ткани, также тормозится умственное развитие детей, увеличиваются печень и селезенка, развивается анемия. Хлеб и мучные продукты, чай, кофе, фрукты и грибы являются основными источниками меди для человека.
Цинк входит в состав многих ферментов, оказывает стимулирующее действие процесс полового созревания, образования костей, распада жировой ткани. Недостаток цинка развивается довольно редко. Иногда дефицит цинка возникает при избыточном потреблении мучных продуктов, препятствующих всасыванию цинка из кишечника. Недостаток цинка (особенно в детском возрасте) может привести к тяжелым нарушениям развития: торможение полового созревания, выпадение волос, деформация скелета. Достаточные для человека количества цинка содержатся в печени животных, мясе, яичных желтках, сырах, горохе.
Кобальт – является фактором активации витамина В12, поэтому этот элемент незаменим для нормального протекания процесса образования крови. Также кобальт стимулирует синтез белков и рост мышц, активирует некоторые ферменты перерабатывающие углеводы . Недостаток кобальта может проявиться анемией (малокровие). Основными источниками кобальта являются хлеб и мучные продукты, фрукты и овощи, молоко, бобовые.
Библиография:
- Идз М.Д. Витамины и минеральные вещества, Спб. : Комплект, 1995
- Минделл Э. Справочник по витаминам и минеральным веществам, М. : Медицина и питание: Техлит, 1997
- Беюл Е.А Cправочник по диетологии, М.: Медицина, 1992
|
|
Периодическая таблица Менделеева насчитывает около 120 химических элементов. В организме человека обнаружено более 80-ти элементов. Около 30-ти из них крайне необходимы организму для выработки различных соков, ферментов, гормонов, образования крови и поддержания постоянного осмотического давления в тканях. Они также играют важную биологическую роль, участвуя в регулировании обменных процессов, и являются материалом для построения костной ткани.
Тело взрослого человека весом в 70 кг содержит: кальция 1500 г, фосфора 850 г, калия 250 г, серы 100 г, хлора 100 г, натрия 100 г, магния 70 г, железа 3,5 г, цинка 2 г, меди 0,1 г. Некоторые минеральные вещества в организме распределены крайне неравномерно. Фтора больше всего в зубной эмали, железа в костном мозге, йода в щитовидной железе. Равномерно распределены: Mg, Al, Br, Se. В организме минеральные вещества не синтезируются и их запасы невелики. Поэтому они должны регулярно поступать в него вместе с пищей.
В зависимости от содержания в организме минеральные вещества делят на 3 группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.
Макроэлементы представляют собой группу неорганических химических веществ, присутствующих в организме от нескольких десятков граммов до более килограмма. Рекомендуемая суточная доза потребления составляет более 200 мг. К ним относятся кальций, магний, фосфор, калий, натрий, хлор и сера. Макроэлементы обеспечивают нормальное функционирование всех систем и органов, из них "построены" клетки тела. Без них невозможен обмен веществ в организме человека.
К микроэлементам относятся минеральные вещества, содержание которых в организме составляет от нескольких граммов до десятых долей грамма. Потребность в них исчисляются в миллиграммах, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы организму. К ним относятся: железо, медь, марганец, цинк, кобальт, йод, фтор, хром, молибден, ванадий, никель, стронций, кремний и селен. В последнее время стал использоваться заимствованный из европейских языков термин микронутриент.
Ультрамикроэлементы содержатся в организме в ничтожно малых количествах, но обладают высокой биологической активностью. Главными представителями являются золото, свинец, ртуть, серебро, радий, рубидий, уран. Некоторые из них отличаются не только малым содержанием в обычных продуктах питания, но и токсичностью, если их потреблять в сравнительно больших дозах.
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА – РОЛЬ В ОРГАНИЗМЕ
Минеральные вещества играют большую и многообразную роль в организме человека.
Они входят в его структуру и выполняют большое количество важных функций.
1. Регулируют водно-солевой обмен.
2. Поддерживают осмотическое давление в клетках и межклеточных жидкостях.
3. Поддерживают кислотно - щелочное равновесие.
4. Обеспечивают нормальное функционирование нервной, сердечно -сосудистой,
пищеварительной и других систем.
5. Обеспечивают процессы кроветворения и свертывания крови.
6. Входят в состав или активируют действие ферментов, гормонов, витаминов и таким образом
участвуют во всех видах обмена веществ.
7. Осуществляют регуляцию трансмембранного потенциала, необходимого для
нормального функционирования клеток, проведения нервных импульсов и сокращения мышечных волокон.
8. Поддерживают структурную целостность организма.
9. Участвуют в построении тканей организма, особенно костной, где фосфор и кальций являются основными
структурными компонентами.
10. Поддерживают нормальный солевой состав крови и участвуют в структуре формирующих ее элементов.
11.Влияют на защитные функции организма, его иммунитет.
12. Являются незаменимой составной частью пищи, а их длительный недостаток или избыток в питании
ведет к нарушениям обмена веществ и даже к заболеваниям.
Кислотно - щелочное равновесие
Минеральные вещества поддерживают в организме кислотно -щелочное равновесие. Оно необходимо для обеспечения постоянства его внутренней среды. Однако, характер питания и преобладание в нем кислотных или щелочных соединений могут влиять на сдвиги кислотно-щелочного баланса. К минеральным веществам щелочного действия относятся кальций, магний, натрий. Их содержится много в молоке и молочных продуктах кроме сыров, в картофеле, овощах, фруктах и ягодах. К минеральным веществам кислотного действия относятся фосфор, сера, хлор. Их много содержится в мясе, рыбе, яйцах, хлебе, крупах, булочных изделиях.
Если рН ниже 7,0 среда кислая, а если выше – щелочная. Наша кровь является щелочной средой, её рН примерно 7,4. Кислоты постоянно производятся в организме в процессе непрекращающегося метаболизма. Организм также получает много кислот из пищи. Для предотвращения заболеваний они должны быть нейтрализованы щелочными элементами.
Тестирование продуктов на кислотность или щелочность производится следующим образом. Продукт сжигают, а его пепел анализируют. Если пепел щелочной, то и продукт считается щелочным. Если же пепел кислотный, то и продукт соответственно считается кислотным. Однако имеются исключения. Например, цельное зерно, у которого пепел слегка кислотный, сдвигает среду в щелочную сторону. Тропические фрукты, пепел которых является щелочным, наоборот, сдвигают среду в кислотную сторону. Сахар с его щелочным пеплом и некоторые тропические овощи, включая томаты, также сдвигают внутреннюю среду организма в кислотную сторону.
Питание должно формировать слегка щелочную среду в кровеносной системе, которая обеспечивает более высокий энергетический уровень организма, обеспечивает высокий иммунитет против простуд и гриппа, укрепляет кости и зубы.
Средне суточная потребность человека
в минеральных веществах
Для поддержания нормальной жизнедеятельности и развития наш организм постоянно расходует минеральные вещества, поэтому необходимо их ежедневное восполнение. Недостаток отдельных из них или полное отсутствие может привести к серьезным заболеваниям. Минеральные вещества поступают в организм в основном с питанием, и только некоторые через кожу и легкие.
| МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА | ПОТРЕБНОСТЬ, мг |
| Хлориды | 5000 - 7000 |
| Натрий | 4000 - 6000 |
| Калий | 1500 - 3500 |
| Фосфор | 1000 - 1500 |
| Кальций | 800 - 1200 |
| Магний | 300 - 500 |
| Железо | 15 |
| Цинк | 10 - 15 |
| Кремний | 3 - 5 |
| Медь | 2 - 3 |
| Марганец | 2 |
| Бор | 2 |
| Фтор | 1,5 - 2,0 |
| Германий | 1,5 |
| Сера | 1,0 |
| Титан | 0,3 - 0,6 |
| Хром | 0,1 - 0,2 |
| Йод | 0,1 - 0,2 |
| Литий | 0,1 |
| Селен | 0,1 |
| Молибден | 0,05 |
| Ванадий | 0,05 |
| Алюминий | 0,03 - 0,1 |
| Серебро | 0,03 - 0,08 |
| Бром | 0,02 - 0,07 |
| Кобальт | 0,010 - 0,015 |
| Олово | 0,01 |
Минеральные вещества, всасываясь в желудочно-кишечном тракте, попадают в кровь и переносятся к местам активного обмена или накопления. В основном они депонированы у человека в костях, а также присутствуют в растворенном виде в жидких средах организма. Из организма эти вещества выводятся с мочой, потом и калом.
Наиболее часто в России встречаются дефициты цинка, селена, магния, марганца и меди. У женщин во время беременности и у детей в периоды сильного роста, часто в организме отмечается недостаток кальция и железа.
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА - ИСТОЧНИКИ
Для человека основным источником минеральных веществ является потребляемая вода и пища. Некоторые минеральные элементы распространены повсеместно и в больших количествах, а другие встречаются реже, и в меньших.
Разные продукты содержат различное количество минеральных веществ. Так, например, в молочных продуктах содержится более 20 различных минералов, среди них наиболее важными являются кальций, железо, марганец, фтор, цинк, йод. Мясные продукты содержат такие микроэлементы как серебро, титан, медь, цинк, а морские продукты – йод, фтор, никель.
Отдельные продукты питания обладают способностью избирательно концентрировать в своем составе значительное количество определенных минеральных веществ. Например, злаки концентрируют большие количества кремния, морские растения - йод, устрицы – медь и цинк, а в моллюске-гребешке сконцентрировано много кадмия.
Большое значение имеет соотношение между различными минеральными веществами, поступающими в организм. Иногда они снижают полезные качества друг друга. Например, усвояемость кальция тормозится при избытке фосфора или магния. Для достижения наибольшего эффекта стоит соблюдать соотношение фосфора, кальция и магния как 3:2:1 соответственно.
| ПРОДУКТЫ | СОДЕРЖАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ мг на 100 г съедобной продукции |
|||
| Ca | P | Mg | K | |
| Творог жирный | 150 | 216 | 8 | 112 |
| Фундук | 140 | 229 | 172 | 717 |
| Капуста | 50 | 31 | 16 | 185 |
| Морковь | 33 | 55 | 12 | 200 |
| Свекла | 16 | 43 | 23 | 290 |
| Лук-порей | 31 | 58 | 14 | 175 |
| Рис | 24 | 97 | 26 | 100 |
| Горох | 115 | 329 | 128 | 730 |
| Яйца куриные | 50 | 215 | 12 | 140 |
| Огурцы | 16 | 42 | 13 | 142 |
| Сельдерей | 63 | 27 | 33 | 393 |
| Орехи грецкие | 90 | 564 | 100 | 660 |
| Фасоль | 150 | 541 | 103 | 1100 |
| Салат | 77 | 34 | 40 | 220 |
| Хлеб ржаной простой | 75 | 174 | 40 | 227 |
| Хлеб пшенич- ный 2-го сорта | 39 | 131 | 51 | 208 |
| Пшено | 27 | 233 | 83 | 211 |
| Гречка (ядрица) | 21 | 298 | 78 | 480 |
| Свинина мясная | 8 | 170 | 27 | 316 |
| Картофель | 10 | 58 | 23 | 610 |
| Томаты | 10 | 26 | 8 | 290 |
| Яблоки | 6 | 11 | 9 | 275 |
Недостаток и избыток минеральных веществ
Несмотря на широкую распространенность минеральных веществ в природе, нарушения в организме,
связанные с недостатком или реже с их избытком встречаются довольно часто. Основные причины,
вызывающие недостаток или избыток минеральных веществ:
1. Однообразное питание, которое характеризуется длительным преобладанием одних и тех же
продуктов в ущерб другим. Только разнообразное питание обеспечивает сбалансированное поступление
всех минеральных веществ. Например, молочные продукты самые лучшие источники легкоусвояемого кальция,
но содержат мало магния и кроветворных микроэлементов.
2. Несбалансированное питание приводит к избытку или дефициту в рационе различных пищевых веществ,
нарушает усвоение макро- и микроэлементов. Так, усвоение кальция ухудшает избыточное содержание
в пище жиров, а усвоение фосфора, магния и щавелевой кислоты ухудшает дефицит витамина D.
3. Геологические особенности различных регионов земли характеризуются
недостатком или избытком минеральных веществ в местных пищевых продуктах, обусловленным химическим
составом почвы и воды. В результате возникают свойственные определенным районам заболевания.
Так эндемический зоб возникает от недостатка йода.
4. Употребление некоторых лекарственных средств, связывающих или ухудшающих всасывание
минеральных веществ из желудочно-кишечного тракта и нарушающих их обмен.
5. Отсутствие изменений в питании при повышенной потребности организма в некоторых
минеральных веществах, обусловленной физиологическими причинами. Например, у беременных и кормящих
женщин резко возрастает потребность в кальции и железе.
6. Большая потеря минеральных веществ по причине кровотечений, болезнь Крона, язвенный колит.
7. При длительной варке очищенных овощей и размораживании мяса в воде происходит увеличение
потери всех минеральных веществ. Потери кальция, магния, фосфора и железа при тепловой
кулинарной обработке растительных продуктов составляют 10%, животных - 20 % , в среднем - 13 %.
Избыток некоторых минеральных веществ может оказывать токсический эффект, а также вызвать нарушение равновесия всей системы. Например, натрий, действуя совместно с калием, является важнейшим элементом гидросистемы: натрий накапливает воду в организме, а калий, наоборот, выводит ее. Излишек поваренной соли, состоящей из двух элементов: натрия и хлора, может привести к опасному повышению кровяного давления и вызвать отечность.
Дополнительный прием минеральных веществ назначается при их дефиците в организме. Выявить недостаток минерала можно с помощью химических анализов. Возможны также обследования, которые не связаны с химическим составом. Так например, определение количества эритроцитов в крови позволяет выявить дефицит железа, визуальный осмотр шеи позволяет выявить дефицит йода, а денситометрия костей – дефицит кальция в организме. Лечение минеральными веществами назначается только на основании диагноза (например, железодефицитной анемии в случае нехватки железа или гипомагниемии при пониженном содержании магния в крови).
Формы существования
В организме человека минеральные вещества могу существовать в трех формах:
1. Ионизированная форма. В ней минеральные вещества существуют в виде растворенных диссоциированных
солей, при этом ионы могут связываться с белковыми молекулами, образуя комплексы.
2. В составе органических молекул. В этой форме связь прочная и специфическая. Например,
железо в гемоглобине или йод в тироксине.
3. В виде нерастворимых солей.
В этой форме минеральные вещества входят в состав ткани. Например, фосфаты кальция и соли фтора
в составе костной ткани и тканей зуба.
Железо
Железо – серебристо белый металл, пластичный, обладает сильными магнитными свойствами, хорошей тепло и электропроводностью. В организме человека содержится около 4 грамм, но без него невозможна была бы жизнь.
Железо является важнейшим минеральным веществом в организме человека. Оно необходимо для создания красных и белых кровяных клеток, которые транспортируют кислород и углекислый газ в организме и отвечают за иммунитет.
При недостатке железа в организме развивается анемия (малокровие). Недостаток железа в организме проявляется также постоянной усталостью, ослаблением иммунитета, бледной кожей, запорами и ломкими ногтями. Чтобы этого избежать железо в продуктах питания должно находиться в достаточном количестве.
Йод
Минеральное вещество йод при нормальных условиях находится в твердом состоянии в виде темно - синих кристаллов похожих на графит. Наибольшее количество сконцентрировано его в морской воде. В организме человека содержится от 20 до 35 мг йода. Суточная потребность в нем составляет примерно 3 мкг на 1 кг веса.
Недостаток йода в организме приводит к появлению так называемого зоба – увеличение щитовидной железы. Если болезнь не лечить, то нарушаются функции щитовидной железы, а в дальнейшем и возможно развитие рака. Чтобы организм был здоровым и все органы в нем функционировали нормально, йод в продуктах
Калий
Калий в чистом виде был впервые получен в 1807 году. Он представляет собой серебристо – белый, мягкий, легкий и легкоплавкий металл. Минеральное вещество калий химически очень активен и в свободном состоянии в природе не встречается. Он входит в состав многих минералов, в качестве растворимых солей присутствует в морской воде.
Калий в организме человека выполняет большое количество разнообразных функций. Наиболее важными являются: обеспечивает функционирование клеточных мембран, поддерживает кислотно-щелочное равновесие, влияет на активность и концентрацию магния.
В организме взрослого человека содержится 160 – 250 г калия. Суточная потребность 1,5 – 2,5 г. Основной источник калия это продукты питания. Им очень богаты курага, изюм, орехи.
При недостатке калия в организме возникают различные расстройства и заболевания. Наиболее характерными являются: сердечная недостаточность, снижение работоспособности, депрессия, снижение умственной деятельности, нарушение функции почек, плохой сон и другие.
Чтобы было крепкое здоровье и организм нормально функционировал, калий в продуктах питания должен содержаться в достаточном количестве.
Кальций
Из всех минеральных веществ кальций является одним из самых важных в организме человека. Он необходим для нормальной работы нервной системы, является строительным материалом для образования костей, поддерживает кислотно – щелочное равновесие и обеспечивает нормальный обмен веществ.
Суточная потребность кальция у взрослого человека составляет 800 – 1200 мг. Больше всего кальция содержится в семенах мака, кунжута и твердых сырах. Много его в молочных продуктах и орехах. В меньших количествах он содержится в овощах и фруктах. Следует иметь в виду, что без витамина Д кальций не усваивается.
При недостаточном поступлении кальция у человека со временем появляются различные заболевания. Наиболее опасным и широко распространенным является остеопороз. Кости при этом заболевании становятся тоньше и часто ломаются. Чтобы избежать различных заболеваний и иметь крепкое здоровье, кальций в продуктах должен содержаться в достаточном количестве.
Кремний
Человек не может существовать без кремния и его производных, так как они выполняют в организме много важных функций. Это минеральное вещество содержится в продуктах как растительного, так и животного происхождения. Дефицит кремния в организме приводит к снижению иммунитета и к образованию разных заболеваний.
При взаимодействии с водой кремень изменяет её свойства. Кремневая вода губительно действует на микроорганизмы. В ней происходит активное осаждение соединений тяжёлых металлов, она становится чистой на вид и приятной на вкус, долгое время не портится и приобретает многие целебные качества.
Магний
Магний легкий металл серебристо белого цвета. Плотность его при 20°C - 1,737 г/см3, температура плавления 651°C, температура кипения 1103°C. При нагреве он сгорает ослепительно белым пламенем. В земной коре его содержится 2 % и ещё большое количество в морской воде.
Тело взрослого человека содержится примерно 70 грамм магния. Суточная потребность в нем составляет 300 – 400 мг. В организме человека магний участвует более чем в 350 различных биохимических процессах. Именно от этого минерального вещества зависит спокойная и слаженная работа всех систем организма.
При недостатке магния у человека развивается ряд патологий: нарушение работы сердечно – сосудистой системы, бессонница, мышечные судороги и многие другие. Чтобы избежать этих неприятностей магний в продуктах питания должен содержаться в достаточном количестве.
Медь
Минеральное вещество медь представляет собой один из важных незаменимых микроэлементов, которые являются необходимыми для нормальной жизнедеятельности человека. Она содержится в организме в крайне малых количествах, но при этом участвует в большом количестве биологических процессов.
Взрослый человек весом 70 кг содержит 70 мг меди. Чтобы поддерживать «медный» баланс организма, необходимо съедать в день такое количество продуктов, которые в общей сложности будут содержать 6 - 7 мг меди, из которых усвоится примерно 30 - 40%.
Медь в продуктах содержится в достаточных количествах и искусственно повышать ее долю в рационе вряд ли целесообразно.
Натрий
Натрий мягкий серебристо-белый металл, пластичен (легко режется ножом), его свежий срез блестит. Натрий и его соединения окрашивают пламя в ярко-желтый цвет. Это высоко активный химический элемент, поэтому он в чистом виде в природе не встречается.
Содержание натрия в организме составляет 70 - 110 грамм. Из них 1/3 находится в костях, 2/3 - в жидкости, мышечной и нервной тканях. В организме человека он содержится во всех жидкостях, органах и тканях. Натрий один из важных минеральных веществ, необходимых нашему организму. Без него невозможен нормальный баланс жидкости в организме; в форме различных солей он входит в состав крови, лимфы и пищеварительных соков.
Содержание природного натрия в пищевых продуктах относительно невелико, но он находится практически во всех пищевых продуктах. Главным и широко известным источником натрия является поваренная соль. Значение поваренной соли для нормальной жизнедеятельности нашего организма трудно переоценить.
Селен
Минеральное вещество селен сам по себе сильный яд, но человеческому организму в микроскопических дозах он очень необходим – как антиоксидант и важный фактор нормальной работы иммунной и гормональной систем. Он является одним из важнейших элементов явно или неявно участвующих в большинстве физиологических процессов, протекающих в организме человека.
Содержание селена в продуктах очень сильно зависит от региона их произрастания, состава удобрений и типов почв. Организму человека требуется 20 -70 мкг селена в сутки. Доза в 5 мг для человека токсична, а поступление менее 5 мкг приводит к его недостатку. Следует иметь в виду, что он абсолютно не усваивается при наличии углеводородов. Поэтому желательно или полностью отказаться или ограничить в рационе питания газированные напитки, пирожные, торты, печенья и разные мучные сладости. Дефицит и избыток селена в пище приводят к серьезным нарушениям здоровья.
Сера
В организме взрослого человека содержится около 140 грамм серы. По количеству она занимает третье место после кальция и фосфора. Сера поступает в организм человека с пищевыми продуктами, в составе неорганических и органических соединений. Большая часть ее поступает в составе аминокислот.
Минеральное вещество сера одно из самых необходимых макроэлементов для нашего организма. Ее часто называют «минералом красоты», так как она обеспечивает здоровое состояние кожи, волос и ногтей. При недостатке серы в организме снижается общий жизненный тонус, резко падает иммунитет. Человек становится подвержен любым инфекциям, простудам, грибковым заболеваниям.
Фосфор
Соединения фосфора присутствуют буквально в каждой клетке нашего организма и обеспечивают надлежащее его функционирование и жизнедеятельность. Без фосфора невозможно правильное протекание физиологических процессов. Его соединения снабжают организм энергий, использующейся в мышечных сокращениях, проявлениях нервных импульсов, биосинтезе других органических веществ.
Минеральное вещество фосфор содержится практически во всех продуктах животного и растительного происхождения. При избытке фосфора может возникнуть почечно-каменная болезнь, поражается печень и кишечник, развивается анемия и лейкопения – уменьшается содержание лейкоцитов; появляются кровоизлияния, возникают кровотечения и заболевания сердечно-сосудистой системы.
Цинк
Цинк при комнатной температуре - хрупкий металл голубовато-белого цвета. На воздухе он тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида цинка.
Цинк является одним из жизненнно важных минеральных веществ. Он участвует в активизации более 200 ферментов, необходим для нормального функционирования всех клеток, оказывает влияние на все виды обменных процессов в организме.
В организме взрослого человека содержится 2-3 г цинка. Большая его часть находится в крови, коже, печени, почках, в сетчатке глаза, а у мужчин в предстательной железе. Суточная потребность для мужчин - 11-15 мг, для женщин - 10-12 мг.
Дефицит цинка ведет к замедлению роста, к искажению восприятия вкуса, к постепенному нарушению всех обменных процессов, к ослаблению иммунитета, к дисфункции половых органов, к выпадению волос, к так называемой куриной слепоте. Вывод один: цинк в продуктах питания должен содержаться в достаточном количестве.
Минеральные вещества играют большую роль в здоровье человека. Они служат катализатором для биохимических реакций и строительным материалом для скелета. Без них невозможен рост и развитие организма.
В конце XX века российские производители некоторых лекарственных препаратов и биологически активных добавок стали использовать для обозначения макро- и микроэлементов термин минерал.
Неорганические ионы, или минеральные вещества, выполняют в организме следующие функции:
1. Биоэлектрическая функция. Эта функция связана с возникновением разности потенциалов на клеточных мембранах. Градиент концентрации ионов по обе стороны мембраны создаёт в разных клетках потенциал порядка 60-80 мВ. Внутренняя сторона клеточной мембраны относительно наружной заряжена отрицательно. Электрический потенциал мембраны тем выше, чем больше содержание белка и его ионизация (отрицательный заряд) внутри клетки и концентрация катионов вне клетки (диффузия ионов Na + и К + через мембрану внутрь клетки затруднена). Данная функция неорганических ионов используется для регуляции функций особенно возбудимых клеток (нервных, мышечных) и для проведения нервных импульсов.
2. Осмотическая функция используется для регуляции осмотического давления. Живая клетка подчиняется закону изоосмополярности: во всех средах организма, между которыми есть свободный обмен водой, устанавливается одинаковое осмотическое давление. Если число ионов в какой-то среде возрастает, то вслед за ними устремляется вода, пока не установится новое равновесие и новый уровень осмотического давления.
3. Структурная функция обусловлена комплексообразующими свойствами металлов. Ионы металлов взаимодействуют с анионными группами белков, нуклеиновых кислот и других макромолекул и тем самым обеспечивают наряду с другими факторами поддержание определённых конформаций этих молекул. Поскольку биологическая активность биополимеров зависит от их конформаций, то нормальное осуществление белками их функций, беспрепятственная реализация информации, заложенной в нуклеиновых кислотах, образование надмолекулярных комплексов, формирование субклеточных структур и другие процессы немыслимы без участия катионов и анионов.
4. Регуляторная функция заключается в том, что ионы металлов являются активаторами ферментов и тем самым регулируют скорость химических превращений в клетке. Это прямое регуляторное действие катионов. Косвенное заключается в том, что ионы металлов часто необходимы для действия другого регулятора, например, гормона. Приведём несколько примеров. Формирование активной формы инсулина невозможно без ионов цинка. Третичная структура РНК в огромной степени определяется ионной силой раствора, а такие катионы, как Сr 2+ , Ni 2+ , Fe 2+ , Zn 2+ ,Mn 2+ и другие, непосредственно участвуют в формировании спиральной структуры нуклеиновых кислот. Концентрация ионов Мg 2+ влияет на формирование такой надмолекулярной структуры, как рибосомы.
5. Транспортная функция проявляется в участии некоторых металлов (в составе металлопротеидов) в переносе электронов или простых молекул. Например, катионы железа и меди входят в состав цитохромов, являющихся переносчиками электронов в дыхательной цепи, а железо в составе гемоглобина связывает кислород и участвует в его переносе.
6. Энергетическая функция связана с использованием фосфат-анионов в образовании АТФ и АДФ (АТФ - основной носитель энергии в живых организмах).
7. Механическая функция. Например, катион Са +2 и фосфат-анион входят в состав гидроксилапатита и фосфата кальция костей и определяют их механическую прочность.
8. Синтетическая функция. Многие неорганические ионы используются в синтезах сложных молекул. Например, ионы йода I¯ участвуют в синтезе йодтиронинов в клетках щитовидной железы; анион (SО 4) 2- - в синтезе эфиросерных соединений (при обезвреживании в организме вредных органических спиртов и кислот). Важное значение в механизме защиты от токсического действия пероксида имеет селен. Он образует селеноцистеин - аналог цистеина, в котором вместо атомов серы атомы селена. Селеноцистеин является составной частью фермента глутатион-пероксидазы, катализирующей восстановление пероксида водорода глутатионом (трипептид - γ-глутамил-цистеинилглицин)
Важно отметить, что в известных пределах возможна взаимозаменяемость некоторых ионов. При недостатке какого-то иона металла он может заменяться ионом другого металла, близким по физико-химическим свойствам и ионному радиусу. Например, ион натрия замещается ионом лития; ион кальция - ионом стронция; ион молибдена - ионом ванадия; ион железа - ионом кобальта; иногда ионы магния - ионами марганца.
Благодаря тому, что минеральные вещества активируют действие ферментов, они влияют на все стороны обмена веществ. Рассмотрим, в чём выражается зависимость обмена нуклеиновых кислот, белков, углеводов и липидов от наличия тех или иных неорганических ионов.
Минеральные вещества играют исключительно важную роль в жизни живых организмов. Наряду с органическими веществами минералы входят в состав органов и тканей, а также участвуют в процессе обмена веществ.
В общей сложности в организме человека определяется до 70 химических элементов. Из них 43 элемента являются абсолютно необходимыми для нормального протекания обмена веществ.
Все минеральные вещества, исходя от их количественного содержания в организме человека, принято разделять на несколько подгрупп: макроэлементы, микроэлементы и ультраэлементы.
Макроэлементы представляют собой группу неорганических химических веществ, присутствующих в организме в значительных количествах (от нескольких десятков граммов до нескольких килограммов). К группе макроэлементов относятся натрий, калий, кальций, фосфор и др. Микроэлементы встречаются в организме в гораздо меньших количествах (от нескольких граммов до десятых долей грамма и менее). К таким веществам относятся: железо, марганец, медь, цинк, кобальт, молибден, кремний, фтор, йод и др. Особой подгруппой микроэлементов являются ультрамикроэлементы, содержащиеся в организме в исключительно малых количествах (золото, уран, ртуть и др.).
Состав минеральных веществ в организме взрослого человека при весе 70 кг:
- кальций - 1510 г;
- фосфор - 840 г;
- калий - 245 г;
- сера - 105 г;
- хлор - 105 г;
- натрий - 105 г;
- магний - 70 г;
- железо - 3,5 г;
- цинк - 1,75 г;
- медь - 0,07 г;
- селен - 20 мг;
- никель - 10 мг;
- молибден - 9 мг;
- фтор - 2,6 мг.
Функции минеральных веществ в организме
- пластическая (кальций, фосфор, магний);
- поддержание осмотического давления (калий, натрий, хлор);
- поддержание буферности биологических жидкостей (фосфор, калий, натрий);
- поддержание коллоидных свойств тканей (все элементы);
- детоксикационная (железо в составе цитохрома Р-450, сера в составе глутатиона);
- проведение нервного импульса (натрий, калий);
- участие в ферментативном катализе в качестве кофактора или ингибитора;
- участие в гормональной регуляции (йод, цинк и кобальт входят в состав гормонов).
1). Играют роль кофакторов в энзиматических реакциях. Так, многие ионы образуют комплексы с белками, в том числе ферментами. Последние для полного проявления своей каталитической активности нуждаются в присутствии минеральных кофакторов – ионов калия, кальция, натрия, магния, железа. Ионы железа, меди и особенно магния необходимы для активации ферментов, связанных с переносом и высвобождением энергии, транспорта и связывания кислорода.
2). Принимают участие в поддержание осмотического давления и кислотно-основного равновесия (фосфатный и гидрокарбонатный буферы).
3). Обеспечивают процессы свертывания крови,
4). Создают мембранный потенциал и потенциал действия возбудимых клеток
5). Минеральные вещества входят в структуры самых различных органов тела. Неорганические вещества могут иметь в организме форму нерастворимых соединений (например, в костной и хрящевой тканях).
6). Участвуют в окислительно-восстановительных реакциях и др.
Большую роль в минеральном обмене играют ионы натрия и калия. Эти катионы определяют величину рН, осмотическое давление, объем жидкостей тела. Они участвуют в формировании биоэлектрических потенциалов, в транспорте аминокислот, сахаров и ионов через мембрану клеток. Натрий составляет 93% всех катионов плазмы крови, его концентрация в плазме крови равна 135-145 ммоль/л. Калий – в основном внутриклеточный катион, в плазме крови его концентрация равна 3,3-4,9 ммоль/л.
В организме здорового человека массой тела около 70 кг содержится 150-170 г натрия. Из них 25-30% входят в состав костей и непосредственного участия в метаболизме не принимают. Около 70% общего натрия в организме составляет собственно обменный натрий.
Дневной пищевой рацион жителей цивилизованных стран содержит в среднем 10-12 г хлорида натрия, однако истинная потребность человека в нем значительно ниже и приближается к 4-7 г. Это количество хлорида натрия содержится в обычной пище, что ставит под сомнение необходимость ее дополнительного подсаливания.
Избыточный прием поваренной солиможет приводить к увеличению объемов жидкостей тела, повышению нагрузки на сердце и почки. Увеличение в этих условиях проникновения натрия, а с ним и воды в межклеточные промежутки тканей стенки кровеносных сосудов способствует их набуханию и утолщению, а также сужению просвета сосудов.
Постоянство содержания ионов натрия и калия в плазме крови поддерживается в основном почками. При снижении концентрации натрия и увеличении калия повышается реабсорбция натрия и снижается реабсорбция калия, а также растет секреция калия в почечных канальцах под влиянием минералокортикоида коры надпочечников альдостерона.
В организме здорового человека массой 70 кг содержится 45-35 ммоль/кг калия. Из них всего 50-60 ммоль находятся во внеклеточном пространстве, а остальной калий сосредоточен в клетках. Таким образом, калий является основным внутриклеточным катионом. С возрастом общее содержание калия в организме уменьшается.
Суточное потребление калия составляет 60-100 ммоль; почти столько же выводится почками и лишь немного (2%) – с каловыми массами.
Физиологическая роль калия заключается в его участии во всех видах обмена веществ, в синтезе АТФ и поэтому он влияет на сократимость. Недостаток его вызывает атонию скелетных мышц, умеренный избыток – повышение тонуса, а очень высокое содержание парализует мышечное волокно. Калий вызывает расширение сосудов. Также он участвует в синтезе ацетилхолина, в разрушении холинэстеразы и, следовательно, влияет на синаптическую передачу возбуждения. Вместе с другими ионами он обеспечивает клетке способность к возбуждению.
Хлор является вторым после натрия внеклеточным анионом. Его концентрация во внеклеточной жидкости и плазме составляет 103-110 ммоль/л. Общее содержание хлора в организме около 30 ммоль/кг. Значительное количество хлора обнаружено только в клетках слизистой оболочки желудка. Именно он является резервом для синтеза соляной кислоты желудочного сока, соединяясь с ионами водорода, которые извлекаются из крови клетками слизистой оболочки и выводятся в просвет желудка.
Нормальное содержание кальция в плазме 2,1-2,6 ммоль/л. Из них 50% связаны с белками плазмы (особенно альбуминами), 10% входят в состав растворимых комплексов, 40% находятся в свободной ионизированной форме, которая с клинической точки зрения представляет наибольший интерес.
Физиологически активными являются только свободные ионы Са 2+ , поэтому регуляция обмена направлена на поддержание постоянства концентрации в плазме не общего кальция, а только его физиологически активной фракции.
Наибольшей функциональной активностью обладают ионы кальция, связанные с ионом фосфора. Кальций принимает активное участие в процессах возбуждения, синаптической передачи, мышечного сокращения, сердечной деятельности, участвует в окислительном фосфорилировании углеводов и жиров, в свертывании крови, влияет на проницаемость клеточных мембран, формирует структурную основу костного скелета. Значительная часть внутриклеточного кальция находится в эндоплазматической сети (Т-цистерны).
Главная роль в регуляции равновесия между кальцием плазмы и кальцием костей принадлежит гормону околощитовидных желез (паратирин).
При употреблении пищи, содержащей значительное количество кальция, большая его часть выделяется через кишечник в результате осаждения в основной кишечной среде в виде нерастворимых соединений.
Фосфор поступает в организм главным образом с молочными, мясными, рыбными и зернобобовыми продуктами. Его концентрация в сыворотке крови равна 0,81-1,45 ммоль/л. Суточная потребность в фосфоре составляет примерно 1,2 г, у беременных и кормящих женщин – до 1,6-1,8 г. Фосфор является анионом внутриклеточной жидкости, макроэргических соединений, коферментов тканевого дыхания и гликолиза. Нерастворимые фосфаты кальция составляют основную часть минерального компонента костей, придавая им прочность и твердость. Соли фосфорной кислоты и ее эфиров являются компонентами буферных систем поддержания кислотно-основного состояния тканей.
Железонеобходимо для транспорта кислорода и для окислительных реакций, так как оно входит в состав гемоглобина и цитохромов митохондрий. Его концентрация в крови в комплексе с транспортным белком трансферрином в норме равна 1,0-1,5 мг/л. Суточная потребность в железе для мужчин соответствует 10 мг, для женщин детородного возраста в связи с менструальными кровопотерями эта величина значительно больше и приближается к 18 мг. Для беременных и кормящих женщин в связи с потребностями детского организма этот параметр приближается соответственно к 33 и 38 мг. Железо содержится в мясе, печени, зернобобовых продуктах, гречневой и пшенной крупах. Недостаточность поступления железа в организм встречается часто. Так, у 10-30% женщин детородного возраста выявляется железодефицитная анемия.
Йод представляет собой единственный из известных микроэлементов, участвующих в построении молекул гормонов. Источниками йода являются морские растения и морская рыба, мясо и молочные продукты. Концентрация йода в плазме крови равна 10-15 мкг/л. Суточная потребность составляет 100-150 мкг, для беременных и кормящих женщин – 180-200 мкг. До 90% циркулирующего в крови органического йода приходится на долю тироксина и трийодтиронина. Недостаточное поступление в организм йода может быть причиной нарушения функций щитовидной железы.
Фторобеспечивает защиту зубов от кариеса. Суточная потребность во фторе равна 0,5-1,0 мг. Он поступает в организм с питьевой водой, рыбой, орехами, печенью, мясом, продуктами из овса. Предполагают, что он блокирует микроэлементы, необходимые для активации бактериальных ферментов. Фтор стимулирует кроветворение, реакции иммунитета, предупреждает развитие старческого остеопороза.
Магний – внутриклеточный катион (Mg 2+), содержащийся в организме в количестве 30 ммоль/кг массы тела. Концентрация магния в плазме крови равна 0,65-1,10 ммоль/л. Суточная потребность в нем – около 0,4 г. Магний является катализатором многих внутриклеточных процессов, особенно связанных с углеводным обменом. Он снижает возбудимость нервной системы и сократительную активность скелетных мышц, способствует расширению кровеносных сосудов, уменьшению частоты сокращений сердца и снижению артериального давления.
