О микроэлементах

Химические элементы поступают в организм человека из окружающей среды с пищей, питьевой водой и воздухом. Поступая с пищей в виде неорганических и органических соединений, химические элементы трансформируются в организме в собственные биологические соединения. Эти соединения представлены ферментами, гормонами, факторами транскрипции, белками, транспортерами и др. Лишь малая часть химических элементов в организме не связана с биологическими молекулами, а существует в свободной форме. Ионизированные формы химических элементов обладают двоякими функциями. С одной стороны, ионизированные формы химических элементов действуют в организме как сигнальные молекулы, участвуя в процессах деления и апоптоза клетки, включаясь в каскады биохимических процессов, необходимых для жизнедеятельности. С другой стороны, накопление свободных форм химических элементов вызывает интоксикацию и развитие заболеваний. В организме биологические соединения химических элементов имеют разные метаболические пути, органы-депо и механизмы выведения. Наличие депо химических элементов позволяет поддерживать жизнедеятельность организма в условиях недостаточного поступления и не приводить к немедленному формированию дефицита. В дальнейшем, истощенные запасы химических элементов требуют восстановления. Систематический дефицит поступления элементов или интенсивное выведение из организма приводит к разбалансировке биохимических процессов и развитию заболеваний.

Основная функция химических элементов заключается в инициации биохимических реакций. Элементы, входя в состав активного центра фермента или присутствуя в месте реакции, моделирует силу и направление биохимического процесса. Принято считать, что, являясь кофактором ферментов, химические элементы активируют биохимические реакции.  Однако в части реакции наличие химического элемента не активирует, а блокирует биологический процесс.

Предпринято множество попыток систематизировать сведения и физиологическую роль химических элементов у человека. Одна из классификаций использует количественный принцип, то есть деление на группы в зависимости от содержания в теле человека. Эта классификация выделяет группу макроэлементов и микроэлементов. Другой подход базируется на функциональной роли элементов для жизнедеятельности человека. По данной классификации химические элементы разделены на эссенциальные и токсичные. Накопление новых знаний сопровождается уточнением классификаций и формированием новых групп. Так выделяют, например, условно-эссенциальные и условно-токсичные элементы. Следует особо подчеркнуть, что избыток эссенциальных элементов в организме также может нести в себе токсичный потенциал и сопровождаться развитием заболеваний.

Оценка метаболизма химических элементов, формирования их дефицита или избытка требует проведения специализированной лабораторной диагностики. Анализ содержания химических элементов следует проводить в нескольких биосредах организм с учетом метаболических путей каждого конкретного элемента. Для целей лабораторной диагностики используется современный метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС). Результатом данной диагностики является персонализированный подход к лечению и профилактике заболеваний.

Аминокислоты
К основным компонентам пищи относятся белки, жиры и углеводы. Около 40-45% веса человека приходится на аминокислоты, при этом мышцы являются основным их резервуаром. В организме человека насчитывается до 20000 различных белковых молекул, основу которых составляет набор из 20 аминокислот. Баланс белка в организме обеспечивается следующими процессами: поступлением с пищей, эндогенным расщеплением белка, синтезом de novo и катаболизмом аминокислот. Аминокислоты являются предшественниками биологически активных веществ, гормонов (тироидные гормоны, серотонин, дофамин, адреналин), полиаминов, глутатиона, NO (оксид азота) и др. Часть аминокислот действует в организме как сигнальные молекулы. Установлено, что аминокислоты в качестве сигнальных молекул регулируют экспрессию генов, необходимых для роста и развития организма, поддержании иммунной и репродуктивных систем. До 20-25% всей производимой энергии в организме обеспечивается синтезом и катаболизмом аминокислот. Традиционно аминокислоты разделяют на эссенциальные (незаменимые) и неэссенциальные (заменимые). Так, эссенциальные аминокислоты не могут в достаточных количествах синтезироваться в организме, а пища является единственным источником их поступления.

Витамины
Название витамины произошло от латинского vita – «жизнь», и amin – «азот». Позже выяснилось, что азот есть не во всех витаминах, но от термина отказываться уже не стали. Витамины представляют собой низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, необходимые для поддержания важных физиологических процессов у человека. Витамины не включаются в структуру тканей и не используются в качестве источника энергии. Организм человека и животных не синтезирует витамины в достаточном количестве, поэтому должен получать их с пищей.
Витамины делятся на водорастворимые (гидрофильные) и жирорастворимые (липофильные) витамины. К водорастворимым витаминам относятся: витамин С, В1, В2, В3 (РР), В6, В12, фолиевая кислота, пантотеновая кислота и биотин. Водорастворимые витамины быстро выводятся из организма, поэтому негативные последствия передозировки наблюдаются чрезвычайно редко. К группе жирорастворимых витаминов относятся витамины A, D, Е, К и F. Организм человека накапливает определенный запас жирорастворимых витаминов. Жирорастворимые витамины, в основном, действуют через ядерные рецепторы (витамин А и Д).
В соответствии с биологической функцией витамины можно разделить на группы:
— Витамины–коферменты: В1, В2, В6, В12, РР, К, пантотеновая кислота, биотин, фолиевая кислота. Коферменты – это соединения небелковой природы, необходимые для активации ферментных реакций.
— Витамины–прогормоны: Д →1,25(ОН)2Д, А → ретиноат.
— Витамины–антиоксиданты: С, Е, каротиноиды (ß- каротин, ликопен).
Большинство известных витаминов представлено не одним, а несколькими соединениями (витамерами), обладающими сходной биологической активностью. Примером может служить витамин В6, группа которого включает три витамера:
пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин. Соединения, которые не являются витаминами, но могут служить предшественниками их образования в организме, называются провитаминами. К ним относятся, например, каротины, расщепляющиеся в организме с образованием витамина А, и некоторые стерины (эргостерин, 7-дегидрохолестерин и др.), превращающиеся в витамин D.
Запасов витаминов в организме, как правило, нет (за исключением витамина В12 и ретинола), поэтому необходимые количества витаминов должны систематически поступать с пищей. При нарушении поступления или усвоения витаминов могут возникнуть 3 следующих состояния:

1. Авитаминозы – обусловлены полным отсутствием поступления витаминов. В настоящее время появление авитаминозов представляют большую редкость в экономически развитых странах.
2. Гиповитаминозы — обусловлены недостаточным поступлением в течение длительного времени витаминов с пищей или неполным их усвоением. Эти состояния могут тянуться годами, исподволь подтачивая здоровье человека, ухудшая его работоспособность и снижая продолжительность жизни.
3. Гипервитаминозы – связаны с бесконтрольным использованием витаминов в количествах, превышающих потребность в десятки и более раз. Наиболее опасны для организма человека накопления витаминов Д и А, а вот излишки водорастворимых витаминов быстро выводятся с мочой и не оказывают существенного отрицательного эффекта на здоровье.
   Развитие гипо- и гипервитаминозов может происходить незаметно, маскируя клинические проявления. Определение содержания витаминов в крови рекомендуется для оценки обеспеченности организма витаминами, а также контроля их потребления.