Биологически значимые элементы (в противоположность биологически инертным элементам) — химические элементы, необходимые живым организмам для обеспечения нормальной жизнедеятельности.
 | Эту страницу предлагается переименовать в «Минералы (Нутрициология)». |
Элементы, обеспечивающие жизнедеятельность организма, классифицируют по разным признакам — содержанию в организме, степени необходимости, биологической роли, тканевой специфичности и др.[1] По содержанию в теле человека и других млекопитающих элементы делят на:
- макроэлементы (сотые доли процента и более);
- микроэлементы (от стотысячных до тысячных долей процента);
- ультрамикроэлементы (миллионные доли процента и менее)[1][2][3][4].
Некоторые авторы проводят границы между этими типами по другим значениям концентрации[5][6][7]. Иногда ультрамикроэлементы не отделяют от микроэлементов[5].
Макроэлементы
Эти элементы слагают основу тел организмов. Содержатся в организме взрослого человека в значительных количествах, от десятков граммов (хлор, магний) до десятков килограммов (кислород, углерод); другими словами, к макроэлементам относятся все биоэлементы, содержание которых в организме превышает 0,1 % массы тела[8].
Органогенные элементы
Основную долю массы клетки составляют 4 элемента[9] (указано их содержание в теле человека)[10]:
Эти макроэлементы называют органогенными элементами[комм. 1][8] или макронутриентами (англ. macronutrient)[комм. 2]. Преимущественно из них построены белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и многие другие органические вещества. Иногда эти четыре элемента обозначают акронимом CHNO, состоящим из их обозначений в таблице Менделеева.
Другие макроэлементы
Ниже перечислены другие макроэлементы[1] и их содержание в теле человека[10][14].
Микроэлементы
Термин «микроэлементы» получил особое распространение в медицинской, биологической и сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века. В частности, для агрономов стало очевидным, что даже достаточное количество «макроэлементов» в удобрениях (троица NPK — азот, фосфор, калий) не обеспечивает нормального развития растений[15][16][17].
Микроэлементы — элементы, содержание которых в организме человека находится в пределах от 0,001 до 0,00001 % (от нескольких г до нескольких мг); другими словами, к микроэлементам относятся все элементы, содержание которых меньше 0,1 % массы тела. По своему значению для обеспечения жизнедеятельности организма, микроэлементы можно разделить на три группы: микроэлементы эссенциальные, микроэлементы условно эссенциальные, микроэлементы токсичные и малоизученные[8]. Сложность подобной классификации микроэлементов состоит в том, что сами эссенциальные микроэлементы при определённых условиях могут вызывать токсичные реакции, а отдельные токсические микроэлементы при определённой дозировке и экспозиции могут обнаруживать свойства эссенциальных, то есть оказываться жизненно важными[5][18]. Содержание микроэлементов в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Поддержание их содержания в тканях на физиологическом уровне необходимо для поддержания постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма[19].
Эссенциальные микроэлементы
Эссенциальными (или жизненно необходимыми) называют микроэлементы, которые постоянно присутствуют в организме и для которых установлена их исключительная роль в обеспечении жизнедеятельности. Все жизненно необходимые микроэлементы поступают в организм с пищей и питьевой водой[8]. Среди них (в алфавитном порядке)[14][18]:
Условно эссенциальные микроэлементы
Условно эссенциальными (или условно жизненно необходимыми) называют микроэлементы, в отношении которых накапливается всё больше данных об их важной роли в обеспечении жизнедеятельности организма[8]. Среди них (в алфавитном порядке)[5][14]:
Токсичные и малоизученные микроэлементы
К токсичным и малоизученным относится большая группа элементов, которые в микроколичествах постоянно присутствуют в организме, однако их биологическая роль изучена ещё недостаточно. Так как многие из этих элементов обладают относительно высокой токсичностью, обычно основное внимание уделяется именно их вредному воздействию на организм. Токсичные и малоизученные микроэлементы не входят в число эссенциальных микроэлементов[8]. Среди них (в алфавитном порядке)[5][18]:
Биогенные элементы
Биогенными (биофильными) называют химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и выполняющие определённые биологические функции. Элементы и их соединения, требующиеся биоте в больших количествах, называют макробиогенными (С, О, N, H, Ca, P, S), а в малых количествах — микробиогенными. Для растений это: Fe, Mg, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, V, Ca, которые обеспечивают функции фотосинтеза, азотного обмена и метаболическую функцию. Для животных требуются как перечисленные элементы (кроме B), так и дополнительно Se, Cr, Ni, F, I и Sn. Несмотря на малые количества, все эти элементы необходимы для жизнедеятельности биосистем[20][21][22].
Взаимодействие и гомеостаз
Ионная природа элементов приводит к образованию их комплексов под действием различных неабсорбированных компонентов пищи. Не все факторы, влияющие на эти процессы, хорошо изучены[23][24]. В числе прочего гомеостаз элементов в организме человека зависит от следующего:
- алкоголь;
- потеря крови;
- лекарства;
- заболевания;
- инфекции;
- тяжёлые металлы;
- гормоны;
- генетическая предрасположенность;
- хирургическое вмешательство;
- инфаркт миокарда;
- нефроз;
- беременность;
- противогриппозные вакцины пролонгированного действия;
- нарушение всасывания (мальсорбация);
- потоотделение;
- пищевые волокна;
- кормление грудью;
- фитат.[18]
Биологически значимые элементы не только усваиваются в желудочно-кишечном тракте, для многих из них он является местом выделения. В идеале большая часть выделенных в желудочно-кишечный тракт элементов реабсорбируется. Одни элементы могут усваиваться путём активного транспорта или стимулирования диффузии; другие усваиваются посредством пассивной диффузии, некоторые — с помощью двух и более механизмов. Усвоение необходимых элементов контролируется гомеостазом, что обеспечивает их нормальное, или симметричное, распределение[25].
Существует определённое физиологическое взаимодействие между элементами, конкурирующими за места образования связей на щёточной каёмке энтероцитов, за определённые органические комплексообразующие элементы внутри энтероцитов или за сайты на специфических транспортных белках. Существует и конкуренция за рецепторы перед встраиванием в их дефинитивную матрицу в функциональных клетках. Физические и химические свойства элементов определяются при этом их электронной конфигурацией[26].
Недостаток минеральных веществ в организме
Основные причины, вызывающие недостаток минеральных веществ:
- Неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода.
- Геологические особенности различных регионов Земли — эндемические (неблагоприятные) районы (см. Эндемические заболевания).
- Большая потеря минеральных веществ по причине кровотечений, болезнь Крона, язвенный колит.
- Употребление алкоголя и некоторых лекарственных средств, связывающих микроэлементы или вызывающих их потерю организмом.
Использование термина «минерал» по отношению к биологически значимым элементам
Микро- и макроэлементы попадают в организм главным образом с пищей. Для их обозначения в английском языке существует термин dietary minerals[27].
В конце XX века российские производители некоторых лекарственных препаратов и биологически активных добавок стали использовать для обозначения макро- и микроэлементов термин «минерал». С научной точки зрения такое употребление этого термина является неправильным, так как он означает только геологическое природное тело с кристаллической структурой. Тем не менее производители так называемых «биологических добавок» стали называть свою продукцию витаминно-минеральными комплексами, имея в виду минеральные добавки к витаминам[28].
См. также
Примечания
Литература
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
