II.Химические элементы в организме человека

В организме человека представлена практически вся таблица Д.И. Менделеева. В клетках обнаруживается от 70 до 90 химических элементов, однако их содержание сильно различается (табл.1). Около 98 % массы тела составляют всего четыре элемента: кислород, углерод, водород и азот. На долю кислорода приходится 65 %, углерода – 18 %, водорода – 10 % и азота – 3 %. Далее следуют кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий. Все названные элементы составляют группу макроэлементов. В несколько меньшем количестве в клетках встречаются элементы, объединенные в группу микроэлементов. Это железо, цинк, кобальт, йод, медь, фтор, бор, и другие. Суммарная масса всех микроэлементов составляет 0,02 %. И, наконец, третью группу составляют ультрамикроэлементы – золото, ртуть, радий и другие элементы, присутствующие в клетках в следовых количествах.

Таблица 1

Содержание химических элементов в организме человека

Группа	Процентное содержание	Элементы
Макроэлементы	более 10-3	O, C, H, N, Ca, P, K, Na, S, Cl, Mg
Микроэлементы	от 10-5 до 10-3	Fe, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Br, Si, Cs, I, Mn, Al, Pb, Cd, B, Rb
Ультрамикроэлементы	менее 10-5	Se, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ti, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Sc, Zr, Bi, Sb, U, Th,Rh

Химические элементы могут присутствовать в организме в составе органических соединений (на их долю приходится около 34 % массы тела) или неорганических веществ (около 6 % массы тела). Основными элементами органических соединений являются углерод, водород, кислород, в их состав входят также азот, фосфор и сера. В виде неорганических соединений встречаются: Ca, P, O, Na, Mg, S, Cl, K, Mn, Fe, Cu, I, F и др. Минеральные компоненты присутствуют в организме в нескольких формах:

• в виде ионов, например, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, SO₄^2-, PO₄^3-, Cl^-,

12.

• в составе органических макромолекул, например, железо в гемоглобине, иод в тироксине;

• в виде нерастворимых солей (кристаллические формы), например, кристаллы гидроксиапатита в составе костной ткани и тканей зуба.

Минеральные вещества в организме распределены очень неравномерно. Так, зубная эмаль - самая твердая ткань организма – на 98 % состоит из неорганических соединений, а во внеклеточной жидкости содержится всего 0,5-1 % минеральных веществ. Химические элементы распределяются по организму также неравномерно. Большинство минеральных элементов концентрируется в отдельных тканях. Так, фтора больше всего в зубной эмали, иода – в щитовидной железе, железа – в красном костном мозге. В отношении некоторых ионов существует градиент концентраций между клеткой и внеклеточной жидкостью (табл.2).

Таблица 2

Распределение основных катионов и анионов

между клеткой и внеклеточными жидкостями (%)

Ионы	Вне клетки		Внутри клетки
	плазма	межклеточная жидкость
Катионы Na+ K+ Ca2+ Mg2+	92,7 3,0 3,0 1,3	94,0 2,7 2,0 1,3	7,5 75,0 2,5 15,0
Анионы HCO3- Cl- PO43- SO42-	17,0 69,0 1,4 0,6	19,3 76,0 1,4 0,7	5,0 7,5 50,0 10,0

Функции макроэлементов заключаются в построении тканей, поддержании постоянства осмотического давления, ионного и кислотно-основного состава. Макроэлементы участвуют в создании трансмембранного потенциала, обеспечивают проведение нервных импульсов и активный транспорт веществ через биологические мембраны. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов, гормонов и тем самым обеспечивают протекание разнообразных химических реакций, регуляцию биохимических и физиологических процессов.

В зависимости от необходимости для нормального

13.

функционирования организма химические элементы подразделяют на две группы. Жизненно необходимые или биогенные элементы постоянно присутствуют в организме в определенных количествах и выполняют специфические функции. При исключении из рациона биогенных элементов развиваются характерные симптомы недостаточности. Функции элементов второй группы пока не известны, поэтому их обозначают как следовые или примесные. Пример случайной примеси – золото (Au).

Микро- и макроэлементы попадают в организм преимущественно с пищей и питьевой водой. Дополнительно человек употребляет только поваренную соль. Суточная потребность в минеральных веществах незначительна и близка к потребностям в витаминах (табл.3). У детей и женщин в период беременности и кормления ребенка, а также у больных потребность в микроэлементах возрастает.

Таблица 3

Суточная потребность взрослого человека

в макро- и микроэлементах

Макроэлементы (более 100 мг/сутки)			Микроэлементы (менее 100 мг/сутки)
Элемент		Потребность, г	Элемент	Потребность, мг
Na		1,1-3,3	Fe	10
K		1,9-5,6	Zn	15
Ca		0,8	Mn	2-5
Mg		0,35	Cu	2-3
Cl		1,7-5,1	Co	Следы
P		0,8	Cr	0,05-0,2
S		0,2	Mo	0,15-0,5
			Se	0,05-0,2
			I	0,15
			F	0,0015-0,004

Растворимые неорганические соединения легко всасываются в желудочно-кишечном тракте. Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и состава пищевых продуктов. Так, всасыванию ионов Ca²⁺ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют этот процесс из-за образования плохо растворимых солей.

Из желудочно-кишечного тракта неорганические компоненты поступают в кровь и лимфу, где связываются со специфическими транспортными белками. Например, железо транспортируется в составе трансферина, медь с помощью церулоплазмина. За перенос других

14.

двухвалентных металлов отвечают металлотионеины. Выделяются минеральные вещества главным образом в виде солей и ионов. Преимущественно с мочой выводятся натрий, калий, магний, хлор, кобальт, йод, бром, фтор. С калом экскретируются железо, кальций, медь, цинк, марганец, молибден, и тяжелые металлы.

Некоторые химические элементы способны задерживаться в определённых тканях на длительное время. Депонирование NaCl происходит в коже, Fe, Cu, Co, Mn накапливается в печени, волосах, J – в щитовидной железе, К – в мышцах, Са, Р, Мg, F – в костной ткани. При избытке, дефиците или дисбалансе химических элементов возникают заболевания или синдромы, получившие название микроэлементозов. Изменения могут затрагивать содержание одного или нескольких минеральных компонентов.