Значение микроэлементов для человека, животных и растений

То, что человек почти наполовину состоит из воды, известно практически любому любознательному человеку. О другой половине нашего организма известно тоже достаточно много, хотя и не столь широкому кругу людей. А ведь человека можно назвать ходячей периодической системой элементов. Ещё советский геохимик, биогеохимик и химик-аналитик А.П. Виноградов в 1933 году указывал, что нельзя отрицать физиологической роли ни одного из известных элементов периодической системы для тех или иных организмов. Кроме того, живые существа способны концентрировать отдельные элементы, рассеянные в окружающей среде (эту способность В.И. Вернадский называл «концентрационной функцией»). Так, например, в морских растениях концентрация кремния выше, чем в морской воде, в 103–105 раз, фосфора – в 105, марганца – в 103–104 раза. 

В качестве материалов для построения живых организмов природа использует главным образом неметаллы. 

Элементы, без которых невозможны рост и развитие организмов, называют основными элементами, или макроэлементами. Из неметаллов это углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор, хлор. 

К макроэлементам относятся и некоторые металлы: калий, натрий, кальций, магний. 

Макроэлементы составляют около 99% массы организмов. Оставшийся 1% – это те элементы, которые требуются только в очень малых количествах (порядка нескольких частей на миллион). Такие элементы называются микроэлементами. Вот о них-то и пойдёт речь. 

Микроэлементы по своей важности для регуляции обменных процессов сравнимы с витаминами. Их даже часто объединяют в одну группу, поскольку и витамины, и микроэлементы нужны организму лишь в очень малых количествах. 

В метаболизме они выступают в качестве кофакторов ферментов, к которым относятся также коферменты (кофермент – небелковая часть молекулы фермента, непрочно с ней связанная и участвующая в выполнении каталитической функции). 

Около трети всех известных ферментов для полного проявления каталитической активности нуждаются в минеральных кофакторах. Вот потому-то каждая уважающая себя фирма, производящая витамины, старается выпускать комплексные препараты, включающие в себя и витамины, и минеральные добавки в расчёте на суточную потребность в них организма. 

Учёные установили, что всем организмам в определённых сочетаниях необходимы металлы: марганец, железо, кобальт, медь и цинк (иногда и тяжёлые металлы, такие как молибден, ванадий, хром и другие), – а также неметаллы: бор, кремний, селен, фтор, йод. Невозможно точно сказать, какой из перечисленных микроэлементов является более важным для метаболических процессов, поэтому давайте их рассматривать просто исходя из порядкового номера в периодической системе. 

Фтор. 

Характер у этого элемента весьма агрессивный. Работа с фтором опасна: малейшая неосторожность – и у человека разрушаются зубы, ногти, повышается хрупкость костей, кровеносные сосуды теряют эластичность и становятся ломкими. Что же натолкнуло учёных на поиск столь ядовитого элемента в организме?

В 1916 году дантист из Колорадо Фредерик Мак-Кэй заметил, что пятнистая эмаль зубов у местных жителей вызывается каким-то веществом, присутствующим в воде. Он заметил также, что зубы с пятнистой эмалью более устойчивы к кариесу. Природа этого таинственного вещества была установлена только в 1931 году – оказалось, что это фториды. 

Это открытие побудило учёных провести систематическое изучение химического состава зубов человека и животных. Было установлено, что в состав зубов входит до 0,02% фтора. Фториды кальция и магния входят в состав не только зубов, но и любой костной ткани, образуя вместе с фосфатами основной минеральный компонент кости (опыты над крысами показали, что их скелет задерживал 60% введенного фтора через 2 ч после внутривенного введения). В крови же людей концентрация фтора колеблется в пределах от 0,03 до 0,15 мг/л.

Фтор поступает в организм в основном с питьевой водой. Концентрация фторидов в питьевой воде из естественных источников может сильно колебаться, но чаще всего их мало, обычно около 0,2 мг/л. 

Исследования, проведённые в 1933–1942 годах, показали, что при концентрации фторидов в питьевой воде 1 мг/л у детей на 70% снижается заболеваемость кариесом. 

Однако избыток фтора (1,5–2 мг/л) приводит к флюорозу – зубы приобретают пятнистость или окраску за счёт сколов эмали. 

Интересно, что аскорбиновая кислота влияет на обмен фтора, предотвращая избыточное накопление его в тканях. Так, введение витамина С морским свинкам почти полностью предупреждало появление симптомов интоксикации при действии повышенных доз фтора. 

При рекомендуемых уровнях фторирования незначительное изменение цвета эмали наблюдается не более чем у 10% детей. 

Наибольший защитный эффект фториды оказывают при потреблении их детьми в период от рождения до 13 лет, то есть в период формирования зубов; однако и в дальнейшем фториды полезны – например, использование фторированной зубной пасты защищает обнажившиеся поверхности корней зубов у взрослых.

В 1945 году в США открылась первая в мире станция фторирования воды, а в 1950 году Американская ассоциация стоматологов, министерство здравоохранения США, Всемирная организация здравоохранения и ряд других организаций одобрили применение фторирования питьевой воды для предотвращения кариеса. 

Во многих городах теперь построены специальные установки для фторирования воды. В тех случаях, когда фторирование нежелательно или невозможно, потребление фтора можно увеличить добавками фторидов в продукты питания.

Среди соединений фтора много ядовитых, наиболее опасны плавиковая кислота и фторид натрия. Последний используется как антисептик, яд для мышей и тараканов и при случайном употреблении внутрь может вызвать сильное отравление. Плавиковая кислота – слабая по сравнению с соляной или серной, но гораздо более опасна. Ожоги плавиковой кислотой не похожи на другие – нет волдырей или покраснения кожи, но попадание её на небольшой участок кожи, например на пятку, может привести даже к смерти. Причина ожога – не повышенная кислотность, а понижение концентрации свободных ионов магния и особенно кальция в клетках, приводящее к их гибели. 

Поскольку плавиковая кислота слабо диссоциирует, она быстро проникает сквозь кожу и клеточные мембраны и вызывает повреждение и последующее отмирание глубоко лежащих тканей. Поэтому при таком ожоге мало помогает промывание щелочным раствором. Ожог сопровождается нестерпимой болью, очень трудно лечится, а после излечения обычно остаются большие шрамы.

Алюминий. 

Вы помните песню «алюминевые огурцы» группы «Кино»? Этот металл, действительно, в растениях имеется, и в больших количествах. Пищевые продукты растительного происхождения содержат в 5–50 раз больше алюминия, чем продукты животного происхождения. Например, в рисе его 290 мг/кг, в шпинате и чечевице – от 110 до 490 мг/кг, а в мясе и мясных продуктах содержание алюминия составляет от 1,6 до 20 мг/кг (в расчёте на сухую массу). 

В питьевой воде этого элемента очень мало, но при использовании алюминиевой посуды для приготовления кислой пищи его концентрация в пищевом продукте увеличивается в 1,5–2 раза.

В организме человека больше всего алюминия содержится в лёгких (5,95 мг% у детей, с возрастом его содержание значительно увеличивается), костях (0,5 мг%), головном мозге (0,25 мг%), почках (0,1 мг%). В цельной крови содержится от 0,02 до 0,06 мг% алюминия. 

Обмен алюминия у человека изучен ещё недостаточно. Известно, что для человеческого организма его нужно довольно много (суточная потребность взрослого человека в алюминии – 49 мг). 

Этот микроэлемент в основном связан с белками и принимает участие в построении эпителиальной и соединительной ткани, в обмене фосфора, оказывает влияние на некоторые ферменты крови и пищеварительные ферменты (активизирует пепсин и панкреатическую липазу, ингибирует панкреатическую амилазу и амилазу слюны), увеличивает выработку соляной кислоты в желудке. 

Изменение содержания алюминия в крови и спинномозговой жидкости отмечено при некоторых заболеваниях, в частности, психических. 

У больных хроническим алкоголизмом содержание алюминия в крови резко увеличивается, а при нефропатии и токсикозе беременных – снижается.

Кремний. 

Давно известно, что двуокись кремния составляет основу скелетов некоторых морских организмов – радиолярий, диатомей, некоторых губок, морских звёзд. Известно также, что он нужен растениям – от хвощей и злаков до пальм и бамбука – чем жёстче стебель растения, тем больше в его золе находят кремния. 

Кремний – второй по распространённости в природе (после кислорода) химический элемент, но в свободном виде не встречается. В пресной и морской воде содержится около 3 мг/л кремния (в виде соединений) – из воды его и получают растения и животные. 

Роль кремния в жизни высших животных и человека долгое время оставалась неясной. Считали, что сам по себе кремний биологически инертен, хотя его соединения могут быть причиной некоторых патологий. Так, довольно серьёзное заболевание – силикоз лёгких – возникает при длительном вдыхании пыли, содержащей двуокись кремния. Лёгкие теряют эластичность, а оксид кремния, поступивший через паренхиму лёгких в лимфу, токсичен для макрофагов – основных участников клеточного иммунитета. 

В то же время известно, что в человеческом организме кремний есть практически повсеместно. Больше всего его в костях, коже, соединительной ткани, а также в некоторых железах (печень, надпочечники). Эпителиальные образования – волосы, хрусталик, отчасти кожа – тоже богаты кремнием. Содержание кремния в крови колеблется в пределах 300–650 мг/л. 

О том, в каких процессах участвует кремний в живых системах, известно мало. По-видимому, кремний играет роль одного из факторов прочности эпителиальных и соединительно-тканных образований. При переломах костей содержание кремния в месте перелома увеличивается почти в 50 раз. 

Минеральные воды с высоким содержанием кремния (например, довольно популярная на Кавказе вода «Джермук») оказывают благотворное влияние на здоровье людей, особенно пожилых. 

C возрастом содержание кремния в костной ткани, артериях, коже существенно уменьшается. Предполагается, что это одна из причин развития атеросклероза.

Ванадий. 

Ещё в прошлом веке ванадий был впервые обнаружен в составе некоторых растений, после чего присутствие этого элемента в углях, торфе и сланцах перестало казаться странным. Один из растительных «собирателей» ванадия хорошо знаком каждому – это ядовитый гриб бледная поганка. Более безопасный и даже очень полезный источник микроэлемента – зелень петрушки. Животные жиры (особенно свиной и куриный) также богаты им. 

В крови некоторых обитателей морей и океанов – морских ежей, голотурий, асцидий – содержание ванадия достигает 10%. Предполагается, что ванадий у них играет ту же роль, что и железо в гемоглобине у других животных. 

Организм здорового взрослого человека содержит 10–25 мг ванадия, большая часть которого находится в костях, зубах и жире. 

Очень много этого металла в лёгких (0,6 мг/кг) – он оседает там при вдыхании атмосферной пыли. Содержание ванадия в крови около 10 мкг/л. 

Учёные установили, что суточная потребность человеческого организма в ванадии составляет 1–4 мг.

Ванадий влияет на липидный обмен в организме человека. 

Он усиливает окисление фосфолипидов и угнетает синтез холестерина в клетках печени, но, к сожалению, это действие ванадия проявляется в основном у нестарых людей. 

Включение небольших количеств ванадия в пищу кроликов, больных туберкулёзом, вызывало ощутимое уменьшение туберкулёзных очагов. Этот металл, стимулируя (в больших концентрациях – раздражая) костный мозг, усиливает эритропоэз (образование эритроцитов) и повышает уровень гемоглобина в крови. Правда, при значительном содержании ванадия в рационе крыс (больше 25 мг/кг) у животных случался понос. Неразумное потребление этого элемента может вызвать гипоксию (кислородное голодание организма).

Марганец. 

С начала прошлого века известно, что марганец входит в состав живых организмов. На сегодняшний день установлено, что незначительные количества марганца присутствуют во всех растениях и животных. Нет его только в белке куриного яйца и очень мало – в молоке.

В организме марганец распределяется неравномерно. В крови человека и большинства животных содержание марганца составляет примерно 0,02 мг/л. 

Организм взрослого мужчины (70 кг) содержит 12–20 мг марганца. В основном он содержится в костях, печени, почках, поджелудочной железе и гипофизе (1–3 мг/кг). Этого металла почему-то очень мало в злокачественных опухолях. 

Отсутствие марганца в пище животных сказывается на их росте и мышечном тонусе. Возникают дефекты развития скелета, например, укорочение длинных костей. Как большинство микроэлементов-металлов, марганец влияет на процессы кроветворения. При его недостатке развивается анемия, связанная с нехваткой эритроцитов. В то же время большие дозы марганца делают недоступным для организма другой очень важный микроэлемент – медь, также приводя к анемии. 

В 1960-х годах было показано, что марганец играет специфическую роль в синтезе мукополисахаридов хрящевой тканью. 

Кроме того, он ускоряет образование антител к чужеродным белкам. Если после введения морским свинкам смертельных доз столбнячных или дизентерийных бактерий ввести противостолбнячную или противодизентерийную сыворотку, то животным они уже не помогут. Введение сыворотки вместе с хлористым марганцем излечивало морских свинок. 

Внутривенным вливанием раствора сульфата марганца удается спасать укушенных каракуртом – ядовитейшим из среднеазиатских пауков.

Содержание марганца в крови имеет большое диагностическое значение. При инфаркте миокарда и язвенной болезни двенадцатиперстной кишки его уровень всегда повышен, а вот у больных первичным раком и циррозом печени уровень марганца в крови весьма низок. 

Железо. 

В 1835 году «Журнал мануфактур и торговли», сообщая о товарах, присланных из Вены в Петербург, упоминает металлические намагниченные бруски как средство от зубной и головной боли. Бруски рекомендовалось носить на шее. В древности и в средние века магнит употребляли не только как наружное, но и как внутреннее средство. Гален считал магнит слабительным, Авиценна лечил им ипохондриков. Мы же с вами живём в более «просвещённые» времена и благодаря стараниям науки знаем, что этот металл способен влиять на организм не только магнитными полями, но и непосредственно – химически. Железо играет важнейшую роль в физиологии растений, животных и человека. 

При недостатке железа в почве у растений нарушается азотистый, жировой и минеральный обмен, возникает хлороз (обесцвечивание) листьев, вызванный недостатком хлорофилла. 

А у представителей фауны, нуждающихся в этом микроэлементе, развиваются анемии. 

Содержание железа в крови человека весом 70 кг составляет 4–5 г. Большая часть железа находится в крови (60–75% этого металла связано с гемоглобином). Это подвижная и легко обменивающаяся фракция железа. 

Медленно обменивающееся железо находится в ретикулярных клетках печени, селезёнки и костном мозгу, а также в мышцах (белок мышечной ткани – миоглобин – содержит 3–5% железа от общей его доли в организме). К этой же фракции относится и железо металлоферментов клеток. 

Железо, как и любой другой микроэлемент, совершает в организме постоянный кругооборот. При физиологическом распаде эритроцитов 9/10 железа остаётся в организме и идёт на построение новых эритроцитов, а теряемая 1/10 часть пополняется за счёт пищи. 

Дефицит железа у человека может возникнуть лишь в результате недостаточного потребления или плохой усваиваемости белка. 

Замечено, что витамин С способствует всасыванию железа в кишечнике и необходим для переведения железа в биологически более активную форму (Fe3+ восстанавливается до Fe2+). 

Очень высокий уровень фосфатов, а также повышенные концентрации цинка, кадмия, меди и марганца, ухудшают усвоение железа.

Входя в состав гема в гемоглобине и миоглобине, железо делает нашу кровь и мышцы красными. Гемоглобин обеспечивает транспорт кислорода и углекислоты в крови, а миоглобин в мышцах играет роль кратковременного хранилища кислорода и облегчает поступление кислорода к другим тканям. 

Железо входит также в состав ферментов (цитохромов) дыхательной цепи митохондрий, обеспечивающей клетку молекулами АТФ, а следовательно, и энергией. 

Железо является кофактором каталазы – фермента, разрушающего перексид водорода и оберегающего клетки от его повреждающего действия. Это основные функции данного микроэлемента.

Кобальт. 

В некоторых районах разных стран, в том числе и нашей, печальной известностью пользовалось заболевание скота, иногда называемое сухоткой. Животные теряли аппетит и худели, их шерсть переставала блестеть, слизистые оболочки становились бледными. Резко падало количество эритроцитов, снижалось содержание гемоглобина. Возбудителя болезни найти не могли, однако её распространённость создавала полное впечатление эпизоотии.

В Австрии и Швеции неизвестную болезнь называли болотной, кустарниковой, прибрежной. Если в район, поражённый болезнью, завозили здоровых животных, то через год–два они тоже заболевали. В то же время животные, вывезенные из района «эпидемии», были незаразными и вскоре выздоравливали. Так было и в других странах. 

Это обстоятельство заставило искать причину болезни в корме. И когда после кропотливых исследований она была наконец установлена, болезнь получила название, точно определяющее эту причину, – акобальтоз, или дефицит кобальта. 

Так зачем организму кобальт? 

Есть такая болезнь – злокачественное малокровие. При его развитии сильно снижаются количество эритроцитов и уровень гемоглобина в крови, нарушается синтез миелина и миелинизация нервов, разрушается эпителий кишечника и в конечном итоге наступает смерть. В поисках средства от этого недуга врачи обнаружили, что сырая печень, употребляемая в пищу, задерживает развитие малокровия. Из печени удалось выделить вещество, способствующее появлению красных кровяных клеток. Восемь лет потребовалось, чтобы выяснить его химическое строение. За эту работу английской исследовательнице Дороти Ходжкин присудили в 1964 году Нобелевскую премию по химии. Вещество это, получившее название кобаламина, или витамина В12, содержит 4,5% кобальта.  

Кобаламин содержится только в продуктах животного происхождения, поэтому вегетарианцам рекомендуется принимать его дополнительно в виде витаминного препарата. 

Исследования с радиоактивным кобальтом показали, что в наибольших количествах он содержится в печени и почках, меньше – в поджелудочной железе и ещё меньше – в других тканях. 

Содержание кобальта в цельной крови составляет 4–10 мкг%.  

Кобальт всегда содержится в молоке. 

Кобальт влияет на синтез мышечных белков, на миелинизацию нервных волокон. 

Недостаточное поступление солей кобальта в организм приводит к неполному усвоению кальция и фосфора. 

Он способствует включению иона железа в молекулу гемоглобина. 

В отличие от некоторых других микроэлементов кобальт не может накапливаться в организме, и поэтому он постоянно должен поступать с пищей. 

Компенсировать недостаток кобальта можно с помощью некоторых пищевых продуктов, например винограда. Во многих южных странах виноградники опрыскивают раствором сернокислого кобальта. С таких участков собирают больше ягод, и они слаще, чем с «бескобальтовых» участков (кобальт принимает участие в углеводном обмене). 

Никель. 

О биологическом воздействии никеля известно уже немало. Никеля в почвах и в растениях значительно больше, чем в тканях и жидкостях животных организмов: у растений в среднем 5·10–5% (по массе), у морских животных – 1,6·10–5%, у наземных – 1·10–5%, в человеческом организме – до 0,2·10–5%. 

Богаты никелем листовые овощи – петрушка, салат, шпинат; много его в гречневой и овсяной крупе. Поэтому рацион вегетарианца богаче этим элементом. При использовании никелированной посуды для кислых продуктов пища может обогащаться никелем.

Некоторые растения под влиянием избытка никеля в почве принимают необычные формы. Поиск таких форм – один из методов геоботаники, используемый при разведке никелевых месторождений. 

Основным депо никеля в организме человека являются печень и почки, а в крови его совсем мало (8–12 мкг%).

Никель может попадать в организм двумя путями: через пищу и через воздух. 

Никель, поступающий с пищей, считается малотоксичным, так как он плохо всасывается.

Замечено, что соли никеля в малых количествах (до 5 мг) активируют такие пищеварительные ферменты, как панкреатические липазы (ферменты поджелудочной железы, расщепляющие некоторые липиды) и пепсин. Правда, в больших количествах (10–20 мг) никель ингибирует некоторые ферменты, включая пепсин. Но при попадании вместе с воздухом в лёгкие этот металл становится опасным (никель рассматривается как канцерогенный фактор табачного дыма, способствующий развитию рака лёгкого). 

Очень высокие дозы никеля повреждают роговицу глаза – возникают кератиты и керато-конъюнктивиты. 

По своему влиянию на кроветворение никель напоминает кобальт – после острых кровопотерь подкожные инъекции никеля ускоряют восстановление уровня эритроцитов. 

При различных формах анемии уровень никеля в крови снижается. 

Установлено, что никель постоянно присутствует в РНК, принимая участие в сохранении конформации молекулы.

Медь.  

Медь присутствует во многих органах и тканях живых организмов. Она впервые была обнаружена в составе растительных организмов в начале XIX века. Затем в 1830 году её нашли и в тканях животных, а спустя 8 лет – в тканях человека. С тех пор началось изучение биологической роли меди. 

Выяснилось, что этого элемента много в крови некоторых низших животных. Гемоцианин – пигмент крови моллюсков и ракообразных – содержит её 0,15–0,26%.

Медь нужна и растениям – это один из важнейших микроэлементов, участвующий в процессе фотосинтеза и влияющий на усвоение растениями азота. 

Недостаточно меди в почве – растения хуже плодоносят или вообще становятся бесплодными. 

Медные удобрения (обычно это медный купорос) содействуют синтезу белков, жиров и витаминов. Кроме того, они повышают устойчивость к болезням многих сельскохозяйственных культур. 

Медный купорос (CuSO₄·H₂O) – соль ядовитая: в дозе, превышающей 0,6 г, она вызывает у человека рвоту, а в дозе 1–2 г – тяжёлое отравление с возможным смертельным исходом. Особенно губительно медный купорос действует на низшие организмы: его раствором протравливают семена перед посевом, чтобы уничтожить на них споры плесневых грибов.

Общее содержание меди в теле человека составляет около 80 мг. У взрослого человека содержание меди обычно остаётся без заметных изменений до глубокой старости. 

Настоящей «хозяйкой медной горы» в организме человека является печень. Она содержит 650–900 мкг меди на 100 г сырого веса. Это позволяет считать печень физиологическим депо для данного элемента. 

В крови содержание меди составляет от 80 до 150 мкг на 100 мл. Здесь она находится в основном в таких форменных элементах, как эритроциты, эозинофилы и базофилы (гранулярные лейкоциты). 

В клетках животных наибольшее влияние этот микроэлемент оказывает на процесс тканевого дыхания, так как входит в состав цитохромоксидазы – фермента, непосредственно переносящего электроны с окисляемых субстратов на кислород. Медьсодержащим ферментом является и тирозиназа, отвечающая за образование миелина. 

Порфириновые соединения меди служат звеном при синтезе гемоглобина, необходима медь и для всасывания железа в кишечнике. 

Ионы меди воздействуют на метаболизм таких витаминов, как В₁, С, А. 

Исследования многих учёных показали, что медь необходима в таких физиологических процессах, как гемопоэз, пигментация и кератизация кожи и волос, остеогенез, воспроизводительная функция. 

Дефицит меди является усугубляющим фактором при развитии эндемического зоба (медь нужна для усвоения больших доз йода). 

Очень важен этот металл для повышения иммунобиологической устойчивости и сопротивляемости организма.

Цинк. 

Медики издавна применяют многие соединения этого элемента. Со времён Парацельса до наших дней в фармакопее значится 0,25%-ный раствор сульфата цинка в качестве глазных капель. Как присыпка издавна применяется цинковая соль стеариновой кислоты. Фенолсульфат цинка – хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка, – эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем просто инсулин. И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны. 

Биологическая роль цинка выяснена не до конца. Ещё в 1869 году было показано, что цинк является необходимым элементом питания гриба Aspergillus niger. 

Сейчас цинк обнаружен во всех клетках и органах высших животных и человека. 

Общее содержание цинка в теле человека весом 70 кг составляет 2–3 г. Наибольшее его количество обнаруживается в сетчатке глаза, предстательной железе и сперме, богаты цинком печень и мышцы.

Среднее содержание цинка в крови составляет 600–800 мкг% (0,6–0,8 мг на 100 мл). 

Находящийся в клетках цинк легко соединяется с аминокислотами, белками, пуриновыми основаниями, нуклеиновыми кислотами. 

Цинк входит в состав многих ферментов. Так, цинк – обязательная составная часть фермента карбоангидразы, содержащегося в эритроцитах. Карбоангидраза ускоряет выделение углекислого газа в лёгких. Кроме того, она помогает превратить часть СО₂ в ион НСО₃–, играющий важную роль в обмене веществ. 

Цинк необходим для функционирования многих дегидрогеназ, например, глутаматдегидрогеназы и малатдегидрогеназы, а также алкогольдегидрогеназы, содержащейся в печени и катализирующей окисление этанола в уксусный альдегид. 

Довольно много цинка содержится в ядах змей, особенно гадюк и кобр. Известно, что эти яды в присутствии солей цинка теряют токсичность и в то же время соли цинка защищают яды от разрушения. Считается, что высокое содержание цинка – это то средство, которым змея защищается от собственного яда. 

Недавно было установлено, что при злокачественных новообразованиях содержание ионов цинка в клеточных органеллах, клетках и отдельных органах увеличивается 1,5–2, а иногда и в 3 раза. Хотя причины этого пока не известны, само явление может служить для ранней диагностики рака. 

Животные и человек получают цинк с пищей. Интересно, что особенно много цинка содержится в грибах вешенках, которые поэтому могут использоваться для профилактики цинковой недостаточности. 

Недостаток цинка в рационе имеет различные последствия, в том числе и на уровне высшей нервной деятельности. Так, самки крыс, получавшие пищу, в которой совсем не было цинка, становились отчаянными драчуньями, и эта особенность характера передавалась по наследству, причём самкам в большей степени, чем самцам. 

Дефицит цинка у разных животных проявляется примерно одинаково, а основными признаками его являются повреждение кожи (паракератоз), нарушения скелета (особенно длинных костей), дефекты репродуктивных органов самцов. 

Типичным проявлением недостатка цинка у человека является карликовость. 

Селен. 

Это, пожалуй, самый противоречивый по действию на живые системы элемент: все соединения селена ядовиты, но в то же время в тканях большинства организмов находят селен в концентрациях от 0,01 до 1 мг/кг. 

Избыток селена в почве – причина известного заболевания скота, так называемого алколоиза (в просторечье – вертячка). У домашних животных, поражённых этим заболеванием, начинает выпадать шерсть, деформируются рога и копыта. Из-за расстройства зрения и нервной системы нарушается координация движений и животные движутся по кругу (отсюда и название болезни). 

Биохимики предполагают, что селен (в больших концентрациях) связывается с дисульфидными и сульфгидрильными группами белков-ферментов и кератинов. Это сопровождается тканевой гипоксией и разрушением клеточных и внутриклеточных мембран.

Однако еще в 1967 году было доказано, что селенит натрия (Na₂SeO₃) может быть очень полезным в ветеринарии и животноводстве. Микродозы этой соли избавляли цыплят от экссудативного диатеза. В опытах с крысами, получавшими корм с добавками, которые со временем должны были привести к развитию у них некроза печени, селенит натрия предотвращал развитие заболевания.

Недостаток селена вызывает у животных более двадцати тяжело протекающих заболеваний, сходных по симптомам с Е-авитаминозом. Оказалось, что селен и витамин Е являются синергистами, то есть веществами, усиливающими действие друг друга на метаболизм.

Антиоксидантные свойства витамина Е давно и хорошо известны, но при чём здесь селен? Дело в том, что 4 атома селена входят в фермент глютатионпероксидазу, который превращает перекиси органических кислот в нетоксичные оксикислоты. Селен содержится и в других белках: глицинредуктазе, ферредоксине, а также в цитохроме С – одном из компонентов дыхательной цепи митохондрий. 

Участвует селен и в организации иммунного ответа организма. Он активизирует фагоцитарную активность макрофагов и гранулоцитов, цитолитическую активность Т-киллеров, выработку иммуноглобулинов и т.п.

Полагают, что селен влияет на биосинтез иммунных белков и участвует в организации «дыхательного взрыва». При этом в некоторых клетках иммунной системы образуются продукты неполного восстановления кислорода: супероксид-анион (О₂–) и гидроксильный радикал (ОН–). Эти соединения обладают очень высокой реакционной способностью. Они вызывают целый каскад реакций в клетке, в частности цепных реакций окисления, приводящих к гибели клетки. При чём же тут селен? 

В специальных опытах установлено, что недостаток селена блокирует «дыхательный взрыв». Очень похоже, что селен участвует как в самой организации этого процесса, так и в защите клеток иммунной системы от их же собственного оружия – супероксид-аниона и гидроксильного радикала.

Селен – фоточувствительный полупроводник, и в технике используется в различных устройствах для преобразования света в электричество. Возможно, эти его свойства используются и организмами, поскольку селен был обнаружен в сетчатке глаза. У человека его оказалось немного – около 7 мкг (общее содержание селена в организме взрослого человека составляет 14–15 мг), зато у орла – в 100 с лишним раз больше, 780 мкг. Позже в опытах с кроликами была выявлена прямая зависимость между остротой зрения и содержанием селена в сетчатке. 

Бром.  

Персонажи многих книг, написанных в прошлом веке, чтобы успокоиться, принимают бром. Не сам бром, разумеется, а растворы бромистого натрия или калия. Применять их как средство от бессоницы, неврастений, переутомления начали уже лет через десять после открытия этого элемента в 1825 году. 

Академик Павлов и его ученики впервые установили, что бром усиливает торможение в ЦНС. И сейчас в свете современных данных брому приписывается важная физиологическая функция – регулирование нервной деятельности. Отмечая это свойство, И.П. Павлов заявил, что человечество должно быть счастливо, располагая таким драгоценным для нервной системы препаратом, как бром. 

Бром относится к группе незаменимых микроэлементов. Он обнаружен в морских и наземных растениях, в организмах животных и человека. Больше всего этот неметалл накапливается в грибах, особенно в боровиках, подберёзовиках, подосиновиках. 

У человека в наибольших количествах бром обнаруживается в гипофизе (15–30 мг%), мозговом слое надпочечников (1,4–1,8 мг%), щитовидной железе (0,9–1,4 мг%) и крови (0,6 мг%). 

В сутки человеку необходимо примерно 0,8 мг этого элемента. 

Соли брома влияют на половую функцию организма, регулируя процесс эякуляции у самцов и течение полового цикла у самок. 

Соединения брома применяют при лечении некоторых сердечно-сосудистых заболеваний, язвенной болезни, эпилепсии. 

Но, в то же время, под действием брома, длительное время и в больших количествах поступающего в организм, отмечается угнетение функции щитовидной железы, так как бром вступает в конкурентные отношения с йодом. 

В наше время растворы бромидов натрия и калия в медицине практически не применяются. Их стали вытеснять броморганические препараты, более эффективные и, в отличие от бромидов, не раздражающие слизистые оболочки. Как хорошие успокаивающие средства применяют брометон, бромалин, бромурал. Последний используют и как снотворное, а в больших дозах – для наркоза.

Четырёхзамещённые бромиды аммония и ксероформ (трибромфенолят висмута) – прекрасные антисептики. 

Бромом модифицируют даже антибиотики – бромтетрациклин нашёл широкое применение в борьбе с инфекциями. 

Молибден.  

В низких концентрациях молибден, как и хром, широко распространён в природе. Впервые его биологическое значение было показано в связи с потребностью в нём азотфиксирующих бактерий. Ещё в 1930 году установили, что данный элемент весьма существен для роста азотфиксирующих бактерий Azotobacter. Особенно много этого металла оказалось в бобах и горохе. Позднее выяснилось, что молибден входит в состав фермента клубеньковых бактерий – нитроредуктазы.  

Молибден обнаружили не только в корневой системе, но и в зелёной массе растений (около 1 мг на килограмм сухой массы). Нашли его и в организмах животных.

Изучение роли молибдена как необходимого микроэлемента началось после того, как в одном из опытных хозяйств Новой Зеландии заметили, что добавление в почву незначительных количеств молибденовых солей увеличивает урожай люцерны и клевера примерно на 30%. Причём оказалось, что этот элемент необходим высшим растениям независимо от его роли в фиксации азота клубеньковыми бактериями. 

Особенно эффективен молибден на кислых почвах. 

На краснозёмах и бурозёмах, содержащих много железа, действие молибдена, напротив, минимально. Тем не менее в некоторых странах увлечение молибденовыми удобрениями приняло массовый характер, и лишь после этого выяснилось, что палка-то о двух концах. 

Избыток молибдена оказался вреден не только для растений, но и для животных, и для человека. В ряде районов Англии целые стада крупного рогатого скота страдали острой диареей, вызванной повышенным содержанием молибдена в подкормленной им траве. Оказалось, что больных животных можно лечить большими количествами меди. Заодно выяснилось, что эти элементы являются антагонистами: молибден эффективен при лечении скота с хроническим отравлением медью. 

При помощи радиоактивных изотопов удалось выяснить, что молибден избирательно накапливается в надпочечниках, печени, почках, костях, глазах, лимфатических узлах. 

Содержание молибдена в цельной крови составляет 1,4 мкг%. 

Молибден играет важную роль в азотистом обмене. Ферменту ксантиноксидазе, превращающему ксантин и другие пуриновые основания в мочевую кислоту, для проявления активности необходимы два атома молибдена. 

Если молибдена в пище много, то возрастает и активность ксантиноксидазы, а следовательно, и синтез мочевой кислоты, и почки уже не успевают выводить её из организма. Избыток мочевой кислоты приводит к отложению её солей в суставах и сухожилиях, и суставы начинают болеть. У врачей этому заболеванию есть специальное название – эндемическая молибденовая подагра. 

С другой стороны, если молибдена не хватает, то появляются ксантиновые камни в почках. 

Йод.  

Биологические функции йода многообразны. 

Йод обладает антисептическими свойствами. Кстати, йод в хирургии первым использовал французкий врач Буанэ.

Как ни странно, самые простые лекарственные формы йода – водные и спиртовые растворы – очень долго не находили применения в хирургии, хотя ещё в 1865–1866 годах великий русский хирург И.И. Пирогов применил йодную настойку для обработки ран.

Биологическая роль йода начала выясняться в середине XIX века. 

В 1854 году французский химик-аналитик Шатен обнаружил, что распространённость заболевания зобом находится в прямой зависимости от содержания йода в воде, почве, потребляемой людьми пище. Коллеги опротестовали выводы Шатена, более того, Французская академия наук признала их вредными. Что же касается происхождения болезни, то тогда считали, что её могут вызвать 42 причины – недостаток йода в этом перечне не фигурировал.

Прошло почти полстолетия, прежде чем авторитет немецких учёных Баумана и Оствальда заставил французских учёных признать ошибку. Опыты Баумана и Оствальда показали, что щитовидная железа содержит большое количество йода и вырабатывает содержащие йод гормоны. 

Недостаток йода приводит сначала лишь к небольшому увеличению щитовидной железы, но, прогрессируя, эта болезнь поражает многие системы организма. В результате нарушается обмен веществ, замедляется рост. В отдельных случаях эндемический зоб может привести к глухоте, кретинизму. Эта болезнь распространена преимущественно в горных районах и в местах, сильно удалённых от моря. 

О широком распространении болезни свидетельствуют произведения живописи. Один из лучших женских портретов Рубенса - «Соломенная шляпка». У красивой женщины, изображённой на портрете, заметна припухлость шеи (врач сразу сказал бы, что увеличена щитовидная железа). Те же симптомы и у Андромеды с картины «Персей и Андромеда». 

Признаки йодной недостаточности видны также у некоторых людей, изображённых Рембрандтом, Дюрером, Ван-Дейком. 

Интересно, что история лечебного применения йода уходит в глубь веков. Целебные свойства веществ, содержащих йод, были известны за 3 тысячи лет до того, как был открыт сам элемент: китайский кодекс 1567 года до н.э. рекомендует для лечения зоба морские водоросли, богатые как раз йодом. 

Общее содержание йода в человеческом организме составляет 20–25 мг, причём половина его находится в щитовидной железе (9,8 мг%). Есть йод и в мышцах, почках, коже и её производных (волосах, ногтях).

Нормальное общее содержание йода в крови достигает 15 мкг%. Концентрация йода в крови называется йодным зеркалом крови. 

Любопытно, что содержание йода в крови человека зависит от времени года: с сентября по январь концентрация йода снижается, с февраля начинает возрастать и в мае–июне достигает наивысшего уровня. Эти колебания относительно невелики и их причины до сих пор остаются загадкой. 

Йод поступает в организм человека в виде его солей. Несколько капель йодной настойки на стакан молока могут оказаться полезными, особенно для профилактики и лечения атеросклероза. Но в больших количествах элементарный йод опасен: доза в 2–3 г смертельна. 

Йодиды, поглощённые щитовидной железой, находятся главным образом в тиреоглобулине – сложном высокомолекулярном белке. С использованием тиреоглобулина фермент йодиназа йодирует ароматические кольца незаменимой аминокислоты тирозина, образуя главный гормон щитовидной железы – тироксин (в меньших количествах эта железа вырабатывает другой гормон – трийодтиронин).

Функции этих двух гормонов заключаются в ускорении реакций, протекающих во всех клетках организма. При гипофункции щитовидной железы, вызванной недостатком йода, наблюдается снижение основного обмена, температура тела становится ниже нормальной. У детей развивается микседема – в подкожной соединительной ткани скапливается межтканевая жидкость, замедляется рост и снижается умственная деятельность (кретинизм). У взрослых помимо микседемы развивается зоб, то есть разрастается паренхима щитовидной железы. 

Простейшее и надежнейшее средство в борьбе с эндемическим зобом – добавка микродоз йодидов к поваренной соли. 

Существуют лекарственные препараты и пищевые добавки на основе морских водорослей. Например, небезызвестный «Сплат». 

Но гиперфункция щитовидной железы также опасна: железа синтезирует слишком много гормона, в результате чего ускоряется основной обмен, учащается пульс, человек худеет и проявляются другие неприятные симптомы базедовой болезни. 

В заключение разговора о микроэлементах хотелось бы обратить ваше внимание на биологическое значение некоторых химических элементов, казалось бы, не совместимых с жизнью или требующихся в совсем уж ничтожных количествах. 

В ходе различных исследований выяснилось, что при ишемической болезни сердца и при заболеваниях органов пищеварения наблюдается уменьшение содержания в крови таких веществ, как барий, стронций, свинец (колебания последнего были обнаружены при инфаркте миокарда – в первые дни болезни его уровень резко увеличивался). 

Наряду с другими микроэлементами (кремнием, ванадием) для построения эпителиальной ткани используется титан. Он же причастен к процессам кроветворения, и снижение его концентрации наблюдается при лейкозе и некоторых формах анемии. Содержание титана в крови уменьшается при раке и язвенной болезни желудка. 

Малые концентрации ртути оказывают положительное влияние на фагоцитарную активность лейкоцитов и повышают иммунную устойчивость организма. Препараты ртути издавна применяли для лечения некоторых заболеваний, в частности сифилиса. 

Терапевтический эффект соединений мышьяка также известен с древних времён. Органические соединения мышьяка нашли успешное применение в клинической практике при лечении сифилиса, трипаносомоза, амёбиаза. Имеются отдельные сведения о благотворном действии мышьяка на жизнеспособность приплода крупного рогатого скота. 

Все эти элементы достаточно широко распространены в нашем техногенном мире, и обычно не требуется дополнительного введения их в рацион.