Микроэлементы

Микроэлементы (далее М) элементы, присутствующие в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Термин "М" применяется и для обозначения некоторых элементов, содержащихся в почвах, горных породах, минералах, водах. Точные количественные критерии для различения М от макроэлементов не установлены. Некоторые макроэлементы почв и горных пород (, и др.) являются М для большинства животных, растений, человека.

В живых организмах отдельные М были обнаружены еще в начале 19 в., но их физиологическое значение оставалось неизвестным. В. И. Вернадский установил, что М не случайные компоненты живых организмов и что их распределение в биосфере определяется рядом закономерностей. По современным данным, более 30 М считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Большинство М - металлы (, , , , , Со и др.), некоторые - неметаллы (, , , , ).

В организме М входят в состав разнообразных биологически активных соединений: ферментов (например, - в карбоангидразу, - в полифенолоксидазу, - в аргиназу, - в ксантиноксидазу; всего известно около 200 металлоферментов), витаминов (Со - в состав витамина ₁₂), гормонов ( - в тироксин, и Со - в инсулин), дыхательных пигментов ( - в гемоглобин и другие пигменты, - в гемоцианин). Действие М, входящих в состав указанных соединений или влияющих на их функции, проявляется главным образом в изменении активности процессов обмена веществ в организмах. Некоторые М влияют на рост (, , - у животных; В, , , - у растений), размножение (, - у животных; , , - у растений), кроветворение (, , Со), на процессы тканевого дыхания (, ), внутриклеточного обмена и т. д. Для ряда обнаруженных в организмах М (, , , , и др.) неизвестно их количественное распределение в тканях и органах и не выяснена биологическая роль.

М в почвах входят в состав разных соединений, большая часть которых представлена нерастворимыми или труднорастворимыми формами и лишь небольшая - подвижными формами, усваиваемыми растениями. На подвижность М и их доступность растениям большое влияние оказывают кислотность почвы, влажность, содержание органического вещества и другие условия. Содержание М в почвах различных типов неодинаково. Например, подвижными формами В и богаты черноземы (0,4-1,5 и 4-30 мг в 1 кг почвы) и бедны дерново-подзолистые (0,02-0,6 и 0,1-6,7 мг в 1 кг), недостаток ощущается в легких, Со - в кислых дерново-подзолистых почвах, - в черноземах, - в бурых и каштановых. Недостаток или избыток М в почве приводит к дефициту или избытку их в растительном и животном организме. При этом происходят изменения характера накопления (депонирования), ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, перестройка процессов межуточного обмена, выработка новых адаптаций или развиваются расстройства, ведущие к т. н. эндемическим заболеваниям человека и животных. Так, эндемическая атаксия у животных вызывается недостатком , некоторым избытком и сульфатов, возможно, также ; эндемический зоб у человека и животных - недостатком ; акобальтозы - нехваткой Со в почве; борные энтериты, осложненные пневмониями (у овец), - избытком В. В различных биогеохимических провинциях эндемическими заболеваниями поражаются обычно 5-20 % поголовья с.-х. животных или популяции того или иного вида. Для растений также вреден недостаток или избыток М Например, при недостатке подавляется образование цветков у цветной капусты и у некоторых бобовых; при недостатке нарушается плодообразование у злаков, цитрусовых и других растений; при недостатке В - недоразвито цветоложе, отсутствует цветение (арахис), отмирают бутоны (яблоня, груша), засыхают соцветия (виноград) и плоды (арахис, капуста); при избытке В растения поражаются гнилью корневой шейки, заболевают массовое распространение получает образование галлов.

В провинциях, где концентрация отдельных М не достигает нижних пороговых границ, эндемические болезни удается предупреждать и излечивать добавлением в корм животных соответствующих М; для растений применяют микроудобрения.

В кормлении с.-х. животных М используют также для повышения продуктивности с.-х. животных. Соли М или водные растворы добавляют к силосу, концентрированным и грубым кормам. М - компоненты многих комбикормов, выпускаемых комбикормовой промышленностью. См. также Биогенные элементы и статьи по отдельным элементам, например Бор в организме, Иод в организме, Молибден в организме и др.

Лит.: Виноградов А. П., Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах, 2 изд., М, 1957; Шоу Д. М, Геохимия микроэлементов пород, пер. с франц., Л., 1969; Школьник М Я., Значение микроэлементов в жизни растений и в земледелии, М - Л., 1950; Каталымов М В., М и микроудобрения, М - Л., 1965; Евдокимов П. Д., Артемьев В. И., Витамины, микроэлементы, биостимуляторы и антибиотики в животноводстве, Л., 1967; Берзинь Я. М, Самохин В. Т., М в животноводстве, М, 1968; Ковальский В. В., Андрианова Г., А., М в почвах СССР, М, 1970; Ковальский В. В., Раецкая Ю. И., Грачева Т. И., М в растениях и кормах, М, 1971; Жизневская Г. Я., и в обмене бобовых растений, М, 1972.

А. Р. Вальдман, Г. Я. Жизневская.

Основной источник поступления М в организм человека - пищевые продукты растительного и животного происхождения. Питьевая вода покрывает лишь 1-10 % суточной потребности в таких М, как , , , , Со, , и лишь для отдельных М (, ) служит главным источником. Содержание разных М в пищевом рационе зависит от геохимических условий местности, в которой были получены продукты, а также от набора продуктов, входящих в рацион. В современной практике для населения развитых стран характерно включение в рацион разнообразных продуктов питания, значительная часть которых производится далеко от места потребления, ввиду чего ликвидируются условия, способствующие воздействию на человека геохимических особенностей местности. Лишь два М могут быть достоверно названы в качестве этиологического фактора эндемических заболеваний человека - , недостаток которого способствует распространению зоба эндемического, и , при избытке которого возникает флюороз, а при недостатке - кариес.

Для определяющим источником поступления в организм является вода, для - молоко и овощи, т. е. продукты, которые, как правило, производятся в районе проживания пораженного населения. Основным "поставщиком" в рацион большинства других важнейших М являются хлебопродукты.

М распределяются в организме неравномерно. Повышенное их накопление в том или ином органе в значительной мере связано с физиологической ролью элемента и специфической деятельностью органа (например, преимущественное накопление в половых и его влияние на воспроизводительную функцию); в других случаях М воздействует на органы и функции, не связанные с местом его накопления в организме.

С возрастом содержание многих М (, , , , , , ) увеличивается, причем в период роста и развития это нарастание идет сравнительно быстро, а к 15-20 годам замедляется или прекращается. Есть данные, что содержание Со, , в крови и в скелете в возрасте 50-60 лет становится несколько ниже, чем в 20-25 лет. Абсолютные уровни содержания М в органах и тканях могут существенно колебаться в зависимости от места жительства, постоянных пищевых рационов и других причин, определяющих уровень поступления и накопления данного М, а также в зависимости от индивидуальных особенностей организма. Установлено, что концентрация в крови некоторых элементов постоянно поддерживается на сравнительно стабильном уровне (Со 4-8 мкг %, 80-140 мкг %, 45-60 мкг %), другие же М (, , ) не подвергаются подобной регуляции, и их содержание в крови может заметно колебаться в зависимости от уровня поступления элемента в организм. В крови большинство М находится в связанном с состоянии - в виде купропротеидов и церулоплазмина, - в виде ангидразы, Со - как компонент витамина В₁₂и в форме, связанной с - в виде сидерофиллина. Некоторые элементы находятся в крови в ионном состоянии, например ; около 50 % и входят в минеральные структуры кости, эмали и дентина.

По значению для жизнедеятельности организма М разделяют на необходимые (Со, , , , , , , ) и вероятно необходимые (, , , , ); роль , и другие М, закономерно обнаруживающихся в тканях, остается невыясненной.

Функции М в организме весьма ответственны и многообразны. Физиолого-гигиеническую характеристику важнейших М см. в табл., где представлены эффекты т. н. биотических количеств М (т. е. количеств, встречающихся в природе); внутри этих пределов действие одного и того же элемента может существенно меняться. Например, малые количества Мn стимулируют кроветворение и иммунореактивность, большие - угнетают. При увеличении концентрации в питьевой воде до 1-1,5 мг/л заболеваемость кариесом снижается, а при превышении 2-3 мг/л развивается флюороз и т. д. В организме взаимодействие отмечается и между самими М (Со эффективно действует на кроветворение лишь при наличии в организме достаточных количеств и ; повышает усвоение , по некоторым эффектам является антагонистом ; влияет на метаболизм и т. п.).

Использование М в клинической медицине пока носит ограниченный характер. Эффективно применяются в борьбе с некоторыми видами анемий препараты Со, , , . В качестве фармакологических средств в клинике используют также и . В области применения М значительны успехи гигиены: иодирование соли или хлеба для профилактики эндемического зоба, воды для снижения заболеваемости кариесом. В случаях, когда в природных водах много, эксплуатируются дефторирующие установки.

Основные физиолого-гигиенические характеристики важнейших незаменимых микроэлементов

Микроэлемент	Содержание в водоисточниках (обычное), мг/л	Основные источники поступления в организм	Содержание в суточном пищевом рационе, мг	Суточная потребность, мг	Ткани и органы, в которых преимущественно накапливается элемент	Физиологическая роль и биологические эффекты
	0-0,1	Хлебопродукты	20-100	2-50	Печень, головной мозг, кости	Способствует развитию и регенерации эпителиальной, соединительной и костной ткани; воздействует на активность пищеварительных желез и ферментов
	0-0,25	Хлебопродукты, молоко	0,4-1,0	0,5-2,0	Головной мозг, щитовидная	Участвует в регуляции деятельности нервной системы, воздействует на функции половых желез и щитовидной
	0,01-1,0	Хлебопродукты, мясо, фрукты	15-40	10-30	Эритроциты, селезенка, печень	Участвует в кроветворении, дыхании, в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях; при недостатке возникает анемия
J	0-0,3	Молоко, овощи	0,04-0,2	1,1-1,3	Щитовидная	Необходим для функционирования щитовидной недостаточное поступление способствует распространению эндемического зоба
	0,01-0,1	Молоко, хлебопродукты, овощи	0,01-0,01	0,02-0,2	Кровь, селезенка, кости, яичники, гипофиз, печень	Стимулирует кроветворение, участвует в синтезе в регуляции углеводного обмена
	0-0,5	Хлебопродукты	4-36	2-10	Кости, печень, гипофиз	Влияет на развитие скелета, участвует в реакциях иммунитета, в кроветворении и тканевом дыхании; при недостатке у животных - истощение, задержка роста и развития скелета
Cii	0-0,1	Хлебопродукты, картофель, фрукты	1-10	1-4	Печень, кости	Способствует росту и развитию, участвует в кроветворении, иммунных реакциях, тканевом дыхании
	0-0,1	Хлебопродукты	0,1-0,6	0,1-0,5	Печень, почки, пигментная оболочка, глаза	Входит в состав ферментов, ускоряет рост птиц н животных; избыток вызывает заболевание скота
	0-2,0	Вода, овощи, молоко	0,4-1,8	2-3	Кости, зубы	Повышает устойчивость зубов к кариесу, стимулирует кроветворение и иммунитет, участвует в развитии скелета; избыток вызывает флюороз
	0-0,1	Хлебопродукты, мясо, овощи	6-30	5-20	Печень, простата сетчатка	Участвует в процессах кроветворения, в деятельности желез внутренней секреции; при недостатке у животных - отставание роста, снижение плодовитости

Лит.: Войнар А. О., Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека, 2 изд., М, 1960; М, (сб. ст.), пер. с англ., М, 1962; М в сельском хозяйстве и медицине, К., 1963; Бабенко Г. А., М в экспериментальной и клинической медицине, К., 1965; Шустов В. Я., М в гематологии, М, 1967; Азизов М А., О комплексных соединениях некоторых микроэлементов с биоактивными веществами, 2 изд., Таш., 1969; Коломийцева М Г., Габович Р. Д., М в медицине, М, 1970 (лит.).

В. А. Книжников.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.