Микроэлементы — это химические элементы, входящие в состав организмов в ничтожно малых количествах и необходимые для нормальной жизнедеятельности.
Микроэлементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других биологически важных веществ, принимающих непосредственное участие в промежуточном обмене веществ, оказывая влияние на основные функции организма (развитие, рост, размножение, кроветворение и др.). Микроэлементы поступают в организм человека и животных с продуктами питания и питьевой водой.
Ниже приведены примеры патологических явлений, наблюдаемых в организме при недостатке микроэлементов.
| Название | Химический знак | Признаки недостаточности микроэлементов в организме |
|---|---|---|
| Кобальт | Со | Анемия, потеря веса |
| Марганец | Mn | Стерильность, нарушение костеобразования |
| Медь | Сu | Талассемия, нарушение обмена железа |
| Цинк | Zn | Нарушение роста, выпадение волос |
| Йод | I | Эндемический зоб |
См. также Минеральные вещества (в питании).
Микроэлементы — химические элементы, обычно содержащиеся в организмах в малых количествах (обычно в тысячных и меньших долях процента, но иногда в больших количествах — в сотых и даже в десятых долях процента). Элементы, содержащиеся в количествах, меньших миллионных долей процента, называют ультраэлементами. В составе животных организмов открыто 55 микроэлементов, составляющих в сумме около 0,4—0,6% живого веса организмов.
В настоящее время микроэлементы и ультраэлементы по изученности их значения для организма млекопитающих можно разделить на три группы (таблица 2). Микроэлементы группы I постоянно содержатся в животных организмах; выяснены многие стороны их физиологической активности и некоторые ее биохимические механизмы; они входят в состав биологически активных соединений и являются в ряде случаев незаменимыми. Микроэлементы группы II также постоянно содержатся в животных организмах, но формы соединений, физиологическая и биохимическая роль ряда микроэлементов этой группы мало исследованы (IIа) или неизвестны (II6). К группе III отнесены микроэлементы, обнаруженные в животных организмах, для которых количественное содержание, а также биологическая роль не изучены. В крови млекопитающих и человека постоянно обнаруживается 24 микроэлемента, в том числе медь (100—120 мкг%), марганец (12—15 мкг%), кобальт (3—7 мкг%), молибден (около 1 мкг%), уран (1—2 мкг% в цельной крови). В женском молоке открыто 30 микроэлемента, в том числе медь (40—61 мкг%), цинк (140—210 мкг%), кобальт (1—4 мкг%).
Таблица 2. Содержание микроэлементов в организме млекопитающих
Примечание. В скобках римскими цифрами указана группа.
Некоторые органы и ткани концентрируют микроэлементы, образуя их депо, при помощи которых в ряде случаев обеспечивается регуляция распределения микроэлементов в организме (таблица 1). Большинство микроэлементов входит в состав органических соединений и часто обусловливает их высокую химическую и биологическую активность (например, соединения металлов с белками, многие ферменты, дыхательные пигменты, некоторые гормоны и витамины). Органические соединения микроэлементов участвуют в промежуточном обмене веществ, оказывая влияние на основные функции организма (развитие, рост, размножение, кроветворение). Недостаток или избыток определенных микроэлементов в пище (кобальта, цинка, меди, марганца, бора, молибдена, никеля, стронция, свинца, йода, фтора, селена) приводит к нарушению обмена веществ и возникновению эндемических заболеваний человека и животных. Биогеохимическое районирование должно служить одной из основ краевой медицины.
На схематической карте биогеохимического районирования (цветн. таблица) изображены следующие биогеохимические зоны и зональные провинции (в которых комбинируются признаки зон по концентрациям и соотношениям химических элементов).
Схематическая карта биогеохимического районирования СССР. (Составил В. В. Ковальский.) Зоны: 1 — таежно-лесная нечерноземная; 2 — лесостепная и степная черноземные; 3 — сухостепная, пустынная и полупустынная; 4 — горные; зональные биогеохимические провинции: 5—обогащенные Sr, бедные Са; 6 — бедные Cu, богатые Mo и сульфитами; 7 — богатые В; 8 — бедные J и Со; азональные биогеохимические и (некоторые горные) провинции: 9 — богатые Со; 10 — богатые Cu; 11 — богатые Мо; 12 — богатые Ni; 13 — богатые Pb; 14 — богатые F; 15 — богатые Са и Sr; 16 — богатые Se.
A. Таежно-лесная нечерноземная зона. Биологические реакции организмов здесь определяются недостатком кальция, фосфора, калия, кобальта, меди, йода, бора; достатком марганца и цинка, относительным избытком стронция; почвы кислые. По всей зоне распространены провинции: 1) бедные кобальтом (в тканях и молоке животных снижено содержание кобальта и витамина В12; эндемии — акобальтозы, гипо- и авитаминозы В12 среди овец, реже крупного рогатого скота, редко лошадей и свиней); 2) бедные медью (ослаблен синтез окислительных ферментов; гемосидероз; эндемические анемии у овец, крупного рогатого скота, реже — других видов домашних животных); 3) бедные йодом (нарушен синтез гормонов щитовидной железы; эндемическое увеличение щитовидной железы, эндемический зоб среди всех видов домашних животных и у людей); 4) бедные кальцием и фосфором (нарушен обмен веществ в костной ткани; эндемические заболевания костно-суставной системы, чаще у молодняка); 5) бедные медью и кобальтом (чаще на торфяных почвах) (ослаблен синтез витамина В12 и окислительных ферментов; эндемические акобальтозы, осложненные недостатком меди гипо- и авитаминозы В12 овец и крупного рогатого скота); 6) бедные йодом и кобальтом (в районах Ярославской обл., Марийской АССР и др.) (нарушение синтеза гормонов щитовидной железы усиливается недостатком кобальта; страдают все виды животных и человек); 7) обогащенные стронцием, бедные кальцием (в районах Читинской и Амурской обл.) (эндемическое нарушение формирования костной ткани; уровская болезнь у животных и человека).
Б. Лесостепная и степная черноземная зона. Биологические реакции определяются достатком кальция, кобальта, меди, йода, иногда недостатком калия, марганца, часто фосфора. Почвы нейтральные, слабощелочные. Биологические реакции, характерные для других зон, обычно не встречаются. Эндемическое увеличение щитовидной железы и зоб встречаются у животных на серых лесных почвах, в поймах рек и на выщелоченных черноземах.
В. Сухостепная, пустынная и полупустынная зона. Биологические реакции определяются повышенным содержанием сульфатов, часто бора, иногда молибдена, недостатком меди, марганца, в некоторых случаях избытком нитратов. Почвы нейтральные и щелочные. Распространены провинции: 1) бедные медью, богатые сульфатами и молибденом (районы Терско-Сулакской низменности, Узбекистана, Кулундинской степи) (понижена активность сульфидоксидазы печени и окислительных ферментов центральной нервной системы; демиелинизация центральной нервной системы; нарушена координация движений, судороги, параличи; энзоотическая атаксия, параплегия у ягнят, реже у козлят, телят); 2) богатые бором (Прикаспийская низменность, Кулундинская степь) (понижена активность амилазы и частично протеиназ пищеварительного тракта; нарушено выделение бора почками; эндемические энтериты, часто пневмонии у овец, верблюдов, у человека); 3) богатые нитратами (пустыни Средней Азии) (эндемическая метгемоглобинемия).
Г. Горные зоны. Биологические реакции разнообразны и определяются изменчивой концентрацией и соотношением многих химических элементов. Распространены провинции с недостатком йода, кобальта и других элементов; эндемическое увеличение щитовидной железы, зоб, гипо- и авитаминоз В12 у различных видов животных и у человека.
Условными знаками обозначены азональные биогеохимические провинции (признаки которых не соответствуют характеристике зон) и некоторые горные провинции: 1) богатые кобальтом (некоторые районы Азербайджана) (усилен синтез витамина В12); 2) богатые медью (районы Башкирии) (эндемическая анемия, сопровождающаяся перерождением печени у овец); 3) богатые молибденом (Анкаванская провинция в Армении) (повышен синтез ксантиноксидазы; увеличено содержание мочевой кислоты в крови и моче; эндемия молибденовой подагры у человека, молибденового токсикоза у животных; 4) богатые никелем (районы Актюбинской области) (отложение никеля в эпидермальных тканях, особенно в роговице глаз; эндемические заболевания глаз у ягнят и телят); 5) богатые свинцом (Аткызская и Ахталыкская провинции в Армении) (обогащение свинцом организма человека и животных; эндемические нервные заболевания — цефальгии, миальгии и др.); 6) богатые фтором (нарушено окостенение; наблюдаются деформация костей, сужение полости костномозгового канала; эндемический флюороз у животных и у человека; 7) богатые кальцием и стронцием (Таджикская ССР) (повышена активность фосфатазы, увеличено содержание стронция в эпифизарном хряще, и костной ткани; эндемические хондродистрофии, рахиты); 8) богатые селеном (районы Тувинской АССР) (повышено содержание селена в тканях животных; эндемические нарушения кератинообразования и анемии; возможны энтериты, гепатиты, нефрозы у овец, а возможно, и у других видов животных); 9) бедные фтором (снижено содержание фтора в эмали и дентине зубов; эндемический кариес зубов у животных и человека); 10) бедные марганцем (понижена активность фосфатазы, фосфорилазы, изолимонной дегидразы; эндемический перозис у птиц).
Различные геохимические зоны характеризуются различным содержанием микроэлементов в почвах, растительной пище и питьевых водах. Возникает необходимость нормирования содержания микроэлементов в пищевых рационах человека и домашних животных как одной из важных задач гигиены питания, могущей служить основой профилактики эндемических нарушений обмена веществ и эндемических заболеваний. С этой точки зрения большое значение имеет определение потребности в микроэлементах человека и животных, регулирование содержания микроэлементов в лечебных и пищевых рационах человека в современной клинике лечебного питания. См. также Минеральные вещества (в питании).