Учебное пособие Издание третье, стереотипное

Микроэлементы в организме

Период	Группа
	I	II	III	IV	V	VI	VIII
2	—	Be	—	—	—	—	—
4	—	—	—	—	As	Se	Ni
5	Ag	Cd	—	—	Sb	Те	Pd
6	Au	Ba Hg	T1	Pb	Bi	—	Pt

Диаграмму «устойчивость организма — доза» для ультрамикроэлементов часто представляют в виде второй и третьей фаз (рис. 1), как показано на рисунке 2. Это не вполне верно, так как понижение содержания таких элементов в организме ниже нормы, пусть и ничтожной, также может вызывать негативные явления.

Рис. 2
Зависимость ответной реакции (R) от дозы (га) для ультрамикроэлементов

Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме играет весьма существенную роль. Среди так называемых примесных элементов имеются такие, которые в малых дозах обладают эффективными лечащими свойствами. Так, давно было замечено бактерицидное свойство серебра и его солей. Еще пример. Мышьяк — сильный яд, нарушающий сердечно-сосудистую систему, поражающий почки и печень, в небольших дозах полезен. Например, его прописывают для улучшения аппетита.

Два слова о химических соединениях. Изучением различных типов органических соединений, обнаруженных в живых организмах, их структуры и свойств занимается биохимия. В зависимости от сложности структуры органические соединения можно условно разделить на простые — аминокислоты, сахара и жирные кислоты, более сложные — пигменты, гормоны, витамины и некоторые коферменты и самые сложные — белки и нуклеиновые кислоты. Свойства органических веществ определяются не только составом и строением молекул, но и их конформацией, а также характером взаимодействий с другими соединениями.
Неорганических (минеральных) соединений, как отмечалось, в организме меньше, чем органических, но они также жизненно необходимы. К ним относятся, во- первых, вода, а также газы, кислоты и их соли. Значительная часть последних встречается в растворенном состоянии. Другая часть в виде нерастворимых осадков образует костную ткань (фосфаты кальция), раковины моллюсков (карбонат кальция) и пр. Ряд элементов в виде солей, как отмечалось, встречается достаточно редко, как правило, в составе комплексов с органическими лигандами. Несмотря на это, они оказывают существенное влияние на активность и скорость большинства биохимических процессов. Например, без них невозможно нормальное усвоение пищи или синтез гормонов и других биологически активных соединений. При дефиците указанных веществ в организме возникают специфические нарушения, приводящие к характерным заболеваниям. Общее содержание минеральных веществ в тканях определяется по количеству золы после их минерализации, а отдельные элементы, их ионы — в результате ее анализа.
Говоря о движении элемента в биосфере, следует обратить внимание на следующий закон.
Закон биогенной миграции атомов — закон цикличности (В. И. Вернадский). В биосфере миграция (циклическая. —Авт.) химических элементов происходит при обязательном участии организмов.
Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время составляет биосферу, так и тем, которое существовало на Земле в течение всей геологической истории.

2. 
   МЕТАЛЛЫ В ОРГАНИЗМЕ
   

Классификация биометаллов
Химические элементы, из которых построены наиболее важные биополимеры (белки и нуклеиновые кислоты), называются органогенами. Их шесть: Н, О, N, С, Р, S. В этом ряду присутствуют все валентности от I до VI. Составом, строением и превращениями в организме сложнейших биополимеров, состоящих из этих шести элементов, как отмечалось, занимается биохимия и биоорганическая химия. Бионеорганическая химия — это раздел науки, в рамках которого до недавнего времени исследовался состав, строение и функции в основном металлсодержащих соединений в организме, но сегодня ее понимают шире как биохимию элементов и их неорганических соединений. Металлы, присутствие которых необходимо для нормального функционирования организма, называются жизненно необходимыми (эссенциальными). Таких биометаллов десять. Это непереходные: Na, К, Mg, Са, Zn и переходные элементы: Mn, Fe, Со, Си, Мо.
Характерный признак жизненно необходимых элементов — это колоколообразный вид кривой «доза металла — ответная реакция организма» (см. рис. 1). При малых содержаниях такого элемента в организме человека функционирование происходит на пределе выживания за счет компенсаторных механизмов. Это объясняется, в первую очередь, снижением активности ферментов, в состав которых входит данный элемент. При повышении дозы этого элемента ответная реакция организма возрастает, достигая нормы. Дальнейшее увеличение дозы приводит к снижению функции вследствие токсичного действия избытка элемента вплоть до летального исхода. Например, нормальная концентрация ионов калия в межклеточной жидкости составляет 4-5 мМ. Повышение ее до 8 мМ вызывает аномалии в нервной системе, приводит к ослаблению сердечной деятельности и смертельному исходу.
Примесными называются микроэлементы, при малом содержании которых организм может нормально функционировать. Токсичные металлы (Hg, Cd, Pb, As) оказывают в основном вредное воздействие на организм, и кривая доза — ответная реакция для них находится в основном в отрицательной области (см. рис. 2).
Известна также классификация металлов по их массовой доле в организме. Если масса человека составляет 70 кг, то в организме содержится 1,1—1,7 кг кальция, около 250 г калия, 70 г натрия, 20-40 г магния, 5 г железа, 3 г цинка, 0,2 г меди, остальных элементов меньше 0,1 г. Если массовая доля элемента в организме превышает 10”²%, то это макроэлемент. Если она составляет 10~⁵-10 ³%, то это микроэлемент (см. табл. 4). Если содержание элемента ниже 10”⁵%, его считают ультрамикроэлементом.
Поступают в организм металлы в основном с пищей и водой. Они существуют в нем в различных формах и степенях окисления (табл. 5).

Таблица 5