Минеральные вещества

. Наряду с органич. веществами — белками, углеводами, жирами — в клетках живых организмов содержатся соединения, составляющие обширную группу минеральных веществ. К ним относятся вода и различные соли, к-рые, находясь в растворенном состоянии, диссоциируют (распадаются) с образованием ионов: катионов (положительно заряженных) и анионов (отрицательно заряженных). Часто М. в. входят в состав сложных органич. веществ, напр, металлопротеидов (металлобелков). Так, железо включено в состав гемоглобина; магний, марганец, медь, кобальт и другие металлы — в состав многих ферментов и т. д. М. в. представляют собой жизненно необходимые компоненты питания, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность и развитие организма. Животный организм очень чувствителен к недостатку, а тем более к отсутствию тех или иных М. в. в пище. Выдающийся отечественный гигиенист Ф. Ф. Эрисман писал, что «пища, не содержащая минеральных солей, хотя бы она во всем остальном удовлетворяла условиям питания, ведет к медленной голодной смерти, потому что обеднение тела солями неминуемо влечет за собой расстройство питания». Это утверждение справедливо и для веществ, концентрация к-рых в организме превышает 0,001% (макроэлементы),— кислороду, углероду, водороду, кальцию, калию, азоту, фосфору, сере, магнию, натрию, хлору и железу и к микроэлементам, доля к-рых составляет от 0,001 до 0,000001%,—марганцу, цинку, меди, бору, молибдену, кобальту и др. М. в. играют большую роль в пластических процессах, в формировании и построении тканей организма, особенно костей скелета. М. в. очень важны для поддержания кислотнощелочного равновесия в организме, создания физиологич. концентрации водородных ионов в тканях и клетках, межтканевых и межклеточных жидкостях (т. е. создания нормальной реакции среды) и придания им свойств, необходимых для нормального течения процессов обмена веществ и энергии, в т. ч. водносолевого обмена. Большое значение имеют М. в. для образования и формирования белка. Общеизвестны значение М. в. для деятельности эндокринных желез (напр., йода для щитовидной железы), а также их роль в ферментативных процессах. М. в. участвуют в нейтрализации кислот и предотвращении «закисления» организма, т. е. развития так наз. ацидоза, резко нарушающего нормальное течение реакций обмена веществ и приводящего к развитию ряда патоло- гич. расстройств. Изучение роли М. в, в организме и как необходимой составной части питания тесно связано с предупреждением распространения и ликвидацией ряда заболеваний, встречающихся в определенных р-нах (эндемических заболеваний),— эндемического зоба, флюороза (см.Зубы, заболевания) и др., Вода является важнейшей составной частью всех организмов. Экспериментальные животные, лишенные воды, через короткий срок погибают. Она служит растворителем различных веществ; в водной среде происходят различные химич. реакции, в т. ч. ферментативные; вода образуется как продукт реакций окисления органич. веществ, В большинстве химич. реакций, лежащих в основе жизнедеятельности организма, в той или иной мере участвует вода. Организм взрослого человека на 65% состоит из воды. Содержание воды в различных органах и тканях неодинаково: в активно функционирующих органах воды больше. М. в. имеют важное значение в нормализации водного обмена в организме. Значение кальция в организме весьма велико. Его соли являются постоянной составной частью крови, клеточных и тканевых соков; они входят в состав клеточного ядра и играют важную роль в процессах роста и деятельности клеток. Кальций пищи, усваиваясь организмом, оказывает существенное влияние на обмен и способствует наиболее полному использованию в организме пищевых веществ. Соединения кальция укрепляют защитные силы организма в целом и повышают его устойчивость к внешним неблагоприятным факторам, в т. ч. и к инфекциям. Недостаточность кальция в организме сказывается на функции сердечной мышцы и некрых ферментов. Соли кальция участвуют в процессе свертывания крови. Особенно важное значение имеет кальций для формирования костей — он является их основным структурным компонентом, большая часть кальция организма в целом сосредоточена в костях (ок. 99% его общего количества). Остальной кальций входит в состав крови и тканей как в форме ионов, так и в связанном с белками состоянии. Содержание кальция в сыворотке крови составляет 8,5—12,0 мг%, у новорожденных 7,5— 13,9 мг%. Понижение концентрации кальция в крови сопровождается понижением возбудимости центральной нервной системы, следствием чего являются судороги (тетания). Обмен кальция характеризуется тем, что при недостаточном поступлении его с пищей он все равно почти в прежних количествах продолжает выделяться из организма в целом за счет его запасов. Если отрицательный баланс кальция сохраняется долго, то могут возникнуть явления кальциевой недостаточности. При избыточном приеме внутрь солей кальция, при его повышенном всасывании из кишечника и при снижении выведения через почки концентрация кальция в плазме крови может возрасти. Развивается так наз. гиперкальциемия, к-рая в особенно тяжелых случаях приводит к кальцинозу (отложению кальция) в различных тканях и органах. Гиперкальциемия может вызвать заболевание глаз и даже кальцификацию роговицы глаза. Гиперкальциемия может быть также в результате повышенного потребления витами- на D и проявляется потерей аппетита, задержкой роста (у детей), рвотой, запорами и другими расстройствами, связанными с резким увеличением всасывания кальция из кишечника. Наиболее полноценными источниками кальция являются молоко и молочные продукты — творог, сыр. Молоко и молочные продукты способствуют усвоению кальция и из других продуктов. Хорошими источниками кальция являются яичный желток, капуста, соя, снетки, вобла, шпроты, частиковые рыбы в томатном соусе, зелень петрушки и др., в к-рых кальций содержится вместе с сопутствующими веществами в соотношениях, благоприятных для его усвоения. Вообще кальций относится к трудноусвояемым элементам, и только воздействие желчных к-т на его соединения позволяет перевести их в усвояемое состояние. Отмечено, что усвоение кальция происходит в наибольшей степени, если на каждый грамм введенного с пищей жира приходится ок. 10 мг кальция. Самым важным при усвоении кальция является его соотношение с содержанием в пище фосфатов. На всасывание кальция отрицательно влияет избыток магния в пище. При избытке в пище солей калия всасываемость кальция значительно ухудшается, так же, как и под влиянием некрых кислот (напр., инозинфосфорной к-ты, содержащейся в злаках и продуктах их переработки, или щавелевой к-ты, содержащейся в шпинате и щавеле). Витамин D способствует усвоению кальция и задержке его в организме. Растущий организм нуждается в усиленной доставке с пищей солей кальция и фосфатов. При этом чрезвычайно важно не только достаточное количество этих веществ, но и определенное соотношение между ними в пище: оно должно составлять приблизительно 1:2., При изменении этого соотношения нарушается обмен кальция и фосфора, что неблагоприятно сказывается на растущем организме, а у взрослых обусловливает возникновение остеопороза и других костных поражений. У взрослых в тканях существует некрый физиологичный избыток кальция и фосфора, к-рый играет роль резерва при кальцийфосфорной недостаточности. У детей такого резерва нет, и содержание этих М. в. в крови целиком зависит от их содержания в пище и всасывания в кишечнике. Этим и объясняется то, что развитие «кальциевой недостаточности» не достигает у взрослых таких размеров, как у детей. Суточная норма кальция для взрослых 800 мг. В более высоких нормах нуждаются дети и подростки (до 7 лет 1000 мг, от 7 до И лет 1200 мг, от 11 до 14 лет 1500 мг, от 14 до 18 лет 1400 мг), беременные женщины (1500 мг) и кормящие матери (ок. 2000 мг). Многие соли кальция сами по себе или в сочетании с другими веществами используются в качестве лекарственных средств. Фосфор относится к жизненно необходимым веществам, он входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга, участвует во всех видах обмена веществ, необходим для нормального функционирования нервной системы, сердечной мышцы и т. д. В тканях организма в целом и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной к-ты и органич. соединений фосфорной к-ты (фосфатов). Основная масса фосфора содержится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция (фосфата кальция), остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная к-та участвует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых к-т и т. д. Акад. В. А. Энгельгардт пишет, что «с каждым днем остается все меньше и меньше физиологических функций, в осуществлении которых фосфорная кислота и ее соединения не принимали бы самого непосредственного участия». Содержание органич. соединений фосфора в крови человека меняется в значительных пределах. Однако количество неорганич. фосфора более или менее постоянно (3,0—5,5 мг%), у новорожденных детей оно составляет 4—7 мг%., Увеличивается содержание неорганич. фосфора при молочной диете, а также при ряде заболеваний — гипопаратиреозе, болезнях почек, при переломах в стадии заживления, сахарном диабете (см. Диабет сахарный), акромегалии, аддисоновой болезни и др.; уменьшается концентрация неорганич. фосфора в сыворотке крови при гиперпаратиреозе и ряде других заболеваний. При голодании организм расходует фосфор, содержащийся в тканях, поэтому концентрация его в крови не меняется, и лишь при потере 40% общего количества фосфора содержание его в крови уменьшается на 10%. Необходимо отметить, что полное голодание меньше отражается на содержании неорганического фосфора в крови, чем частичное, когда соотношение между фосфором, кальцием и магнием резко нарушается, что приводит к усиленному выведению фосфора из организма. Потребность человеческого организма в целом в фосфоре удовлетворяется за счет белков, жиров и углеводов, вводимых с пищей; она также зависит от количества кальция в пище. Обеспеченность организма в целом фосфором определяется не только абсолютным содержанием его в пище, но и его соотношением с другими компонентами пищи. Напр., соотношение фосфора и белка в пище должно составлять по меньшей мере 1 : 40, Некрые соединения фосфора используются как лекарственные препараты для стимуляции кроветворения, усиления роста и развития костной ткани, улучшения деятельности центральной и периферич. нервной системы, при недостатке фосфора в организме, а также при различных заболеваниях сердечнососудистой системы и скелетных мышц. Фосфор поступает в организм гл., обр. с продуктами животного происхождения — молоком и молочными продуктами, мясом, рыбой, яйцами и др. Суточной нормой фосфора для взрослого человека считают 1600 мг. Потребность в фосфоре у беременных составляет 3000 мг, а у кормящих матерей 3800 мг в сутки. Обмен в организме фосфора тесным образом связан с обменом магния. Большая часть магния находится в составе костной ткани. В плазме крови, в эритроцитах и в мягких тканях магний в основном содержится в ионизированном состоянии. Некрое его коли- чество связано с белками, особенно с ферментными белками, для проявления активности некрых ферментов магний абсолютно необходим. При кормлении животных пищей, лишенной солей магния, у них развивается расстройство сердечной деятельности, судороги, животные погибают. При введении в кровь больших количеств солей магния образуется наркотическое состояние (так наз. магнезиальный наркоз). Тормозящее действие ионов магния на нервную систему устраняется путем введения в кровь солей кальция. Биологич. роль магния, кроме его участия в каталитич. процессах, осуществляемых при помощи некрых так наз. магнийзависимых ферментов, заключается еще в нормализации возбудимости нервной системы. Магний обладает спазмолитическим и сосудорасширяющим действием и, кроме того, способностью стимулировать перистальтику кишечника и повышать выделение желчи, поэтому многие соединения магния используют как лекарственные средства, напр, магнезию сернокислую, магния аскорбинат, магния карбонат, магния тиосульфат и др. Экспериментально установлено, что при недостатке магния в стенках крупных сосудов, в сердечной и скелетных мышцах увеличивается содержание кальция. Из пищевых продуктов более всего магния содержится в фасоли, овсяной крупе, гречневой крупе, горохе. Мясные и молочные продукты характеризуются низким содержанием магния. Потребность организма в целом человека в магнии в основном удовлетворяется за счет магния пищевых продуктов, у растущего организма в целом потребность в магнии выше. Взрослый человек должен в день получать 500 мг магния, беременные женщины и кормящие матери 925 и 1250 мг соответственно, дети — от 140 мг (3 года) до 530 мг (14—17 лет). В сыворотке крови человека в норме содержится 1,6—2,9 мг% магния. В процессах внутриклеточного обмена большую роль играет калий. Многие ферменты не могут осуществлять свои каталитические функции в отсутствие ионов калия. Важное значение имеет калий для обеспечения постоянства внутренней среды организма в целом человека, а также для проведения нервных импульсов к мышцам. Накопление калия в организме ведет к повышенному выведению из организма в целом натрия, что свидетельствует онекром физиологич. антагонизме между калием и натрием. Калий обладает диуретическим действием, т. е. повышение его содержания вызывает усиление выделения из организма в целом воды; недостаток калия в организме сопровождается развитием отеков, нарушается проводимость нервных импульсов. Избыточное количество калия быстро удаляется почками с одновременным выведением воды. Из пищевых продуктов больше всего калия содержится в фасоли, горохе, щавеле, картофеле, крупах, рыбе. Суточная потребность организма в целом в калии приблизительно равна 2—3 г. В плазме крови человека содержится 16,0—19,6 мг% калия. Огромное физиологич. значение имеет натрий, к-рый содержится во всех тканях и биологич. жидкостях организма в целом человека. В плазме крови человека содержится 300—330 мг% натрия. С мочой из организма в целом человека выводится 3—6 г натрия каждые сутки. Соли натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, принимают активное участие в водном обмене. Содержание натрия в пищевых продуктах невелико, и в организм он поступает в основном за счет поваренной соли — хлористого натрия (см. Соль поваренная пищевая). Недостаток поваренной соли в пище («солевой голод») очень тяжело переносится человеком. Взрослый человек ежедневно потребляет до 15 г поваренной соли и столько же выделяет ее из организма. Это количество значительно превышает физиологически необходимое и определяется прежде всего вкусовыми качествами хлористого натрия, привычкой к соленой пище. Количество поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в день. На выделение хлористого натрия из организма, а следовательно, и на потребность в нем влияет количество солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и вызывает увеличение выделения с мочой хлористого натрия, а следовательно, и повышенную потребность в нем. Хлористый натрий играет важную роль в регуляции водного обмена. С мочой и с потом выделяется значительное количество хлористого натрия. Потеря его плохо отражается на состоянии организма, вызывает снижение работоспособности. Несмотря на то что хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия, пути обмена хлора и натрия не одинаковы. Интересна способность хлора отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительных количествах. Содержание хлора в пищевых продуктах незначительно, он поступает в организм в основном в виде поваренной соли. В плазме крови человека в норме содержится 340—380 мг% хлора. Нарушения в обмене хлора ведут к таким патологич. состояниям, как развитие отеков, недостаточная секреция желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышение содержания хлора в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек. Содержание хлора в моче зависит в основном от его содержания в пище: 90% пищевого хлора выводится с мочой и лишь 6% — с потом. Между содержанием хлора в крови и его выделением с мочой при патологич. состояниях прямой зависимости не существует. Бром — постоянная составная часть различных тканей организма в целом человека и животных. В тканях млекопитающих содержание брома различно и колеблется в пределах 0,1—0,7 мг%. Значительно выше концентрация брома в гипофизе. В организм человека бром поступает гл. обр. с пищевыми продуктами растительного происхождения и небольшое количество его вводится с поваренной солью, содержащей примеси брома. Соли брома широко применяются в медицине в качестве лекарствен--ных средств. Фтор в небольших количествах содержится во всех тканях человека. В крови человека содержание фтора колеблется в пределах 0,03—0,07 мг%. Значительно больше его в костях (10—30 мг%) и особенно много в зубах (в эмали 120—150 мг%, в дентине 50 мг%). В костях и зубах фтор находится в нерастворимом состоянии в виде фторкальциевой соли фосфорной к-ты и фторапатита. В организм фтор поступает преимущественно с питьевой водой. Оптимальное содержание фтора в воде колеблется в пределах 0,5— 1,2 мг в 1 л. В местностях, где содержание фтора в воде низко и где пищевые продукты бедны фтором, часто встречается кариес зубов, однако избыток фтора вызывает другое заболевание — флюороз (крапчатость зубной эмали). Йод содержится во всех тканях человека. Однако в основном он находится в ткани щитовидной железы в составе ее гормонов — трийодтиронина и тироксина. В организме взрослого человека содержится ок. 25 мг йода, из к-рых 10—15 мг сосредоточено в щитовидной железе. В крови здорового человека содержится 8,5± 3,5 мкг% йода. Потребность человека в йоде равна 100—150 мкг в сутки. Недостаток йода в пищевых продуктах вызывает расстройство функции щитовидной железы, сопровождающееся ее разрастанием (см. Зоб). Предохранить людей от этого заболевания удается путем дополнительного введения йода в организм, напр. добавляют его к поваренной соли. Железо входит в состав чрезвычайно важных в биологич. отношении органич. соединений — гемоглобина крови, миоглобина, ферментов каталазы, цитохромов. Ок. 70% всего железа организма в целом содержится в гемоглобине. Основное физиологич. значение железа — участие в процессе кроветворения (см. Кровь, кроветворная система). Недостаток железа может привести к развитию анемии — малокровия. Железо обладает способностью накапливаться (депонироваться) в организме. Дети рождаются со значительным запасом железа. У новорожденных в первые недели после рождения концентрация гемоглобина в эритроцитах и количество эритроцитов в крови значительно выше, чем в последующие периоды жизни. Спустя несколько недель после рождения скорость разрушения эритроцитов в организме ребенка начинает превышать скорость их образования, однако излишек железа при этом из организма в целом не выделяется. Способность организма в целом ребенка удерживать железо имеет важное значение, т. к. в молоке матери железа явно недостаточно. Запас железа у ребенка делает его независимым примерно в течение года от поступления железа с пищей. Исследования с меченым железом показали, что в случае недостатка железа в организме резко возрастает интенсивность его всасывания в кишечнике. Кроме кроветворной функции, железо играет важную роль в окислительновосстановительных процессах, протекающих в организме, оно входит в состав молекулы окислительных ферментов. Много железа содержится в печени (особенно свиной), в зелени петрушки, мозгах, яичном желтке, белых грибах и других продуктах. Высокой усвояемостью отличается железо, содержащееся во фруктах и овощах (персиках, яблоках, шпинате и др.), что объясняется, повидимому, присутствием в них аскорбиновой к-ты. Взрослому человеку необходимо получать в сутки 15 мг железа, детям от 7 до 10 мг. В сыворотке крови взрослого мужчины содержится 120 мкг% железа, а взрослой женщины 80 мкг%. Медь играет важную роль в организме человека, входит в состав некрых окислительных ферментов. Большое значение имеет медь в процессах кроветворения, при синтезе гемоглобина и ферментов цитохромов, где ее функции тесно связаны с функцией железа. Содержание меди в печени достигает 3—5 мг на 1 кг веса. Содержание меди в плазме крови человека составляет 0,1 мг%. Медь важна для процессов роста (значительное количество меди захватывается плодом). Медь влияет на функцию желез внутренней секреции, обладает инсулиноподобным действием, в связи с чем соединения меди принимают иногда больные сахарным диабетом. Недостаток меди в пище животных ведет к развитию у них ряда патологич. состояний. Суточная потребность в меди для взрослого человека равна 0,035 мг на 1 кг веса. Наиболее богаты медью говяжья и свиная печень, шампиньоны, печень палтуса, печень трески. Большое значение для организма в целом имеют микроэлементы кобальт,стронций, марганец, цинк, цезий и др. Организм нуждается лишь в ничтожно малых, следовых количествах этих элементов, однако роль их в обмене очень велика. Биологич. роль кобальта в значительной степени связана с его участием в каталитической ферментативной функции витамина Bi2, составной частью к-рого он является (см. Витамины). Стронций входит в состав костей человека. Пища, богатая стронцием, вызывает расстройство окостенения скелета, известное под названием стронциевого рахита. Оно по своим признакам напоминает обычный рахит, но не излечивается приемом витамина D. ¦ Марганец входит в состав молекул некрых ферментов и стимулирует их активность. Цинк содержится в ряде ферментов, абсолютно нуждающихся в нем для проявления своей активности. Цезий входит в состав животных тканей в очень незначительных количествах, его физиологич. и биологич. роль полностью не выяснена.