Минеральные элементы и микроэлементы. Минеральные элементы Влияние микроэлементов на организм человека
Учение о составе и функциональном использовании минеральных веществ в живых организмах и растениях получило бурное развитие в ХХ веке. Минеральные вещества – это элементы единой биосферы Земли, которые находятся в постоянном кругообороте веществ, обусловленном деятельностью живых организмов и растений. Их доля очень мала, но они принимают участие во всех биохимических процессах и чрезвычайно необходимы живым организмам.
Минеральные элементы в овощах и фруктах непосредственно влияют на формирование минерального состава и предопределяют обмен веществ в организме человека. Помимо четырех главных минеральных элементов живого организма – водорода Н, углерода С, азота N и кислорода О, еще около 30 минеральных элементов из периодической таблицы Д.И.Менделеева считаются жизненно необходимыми или благоприятными для человека: как для формирования его организма в качестве “строительного материала”, так и для обеспечения всех жизненных процессов в организме.
Минеральные элементы в организме человека условно делятся на макро- и микроэлементы.
К макроэлементам, содержимое которых определяется десятками и сотнями миллиграммов на 100г живой ткани, принадлежат кальций, фосфор, магний, калий, натрий, хлор и сера.
Микроэлементы содержатся в живом организме в очень малых количествах, иногда в тысячных долях миллиграмма. К ним относятся бор, фтор, алюминий, кремний, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, цинк, германий, селен, бром, молибден, серебро, йод и некоторые другие.
Влияние микроэлементов на организм человека
Нормальное функционирование нервной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и других систем организма человека невозможно без достаточного количества минеральных элементов. В частности, кальций, фосфор, кремний, фтор, бор, марганец принимают участие в создании костей и зубов; калий, магний и селен нормализуют работу нервной системы; натрий вместе с калием регулируют водный обмен; железо германий, медь, цинк, хром, никель и йод принимают участие в кровообразовании, функционировании крови и в процессах дыхания, а также обеспечивают нормальную работу щитовидной железы и имеют важное значение для иммунной системы организма; сера, молибден и кобальт входят в состав отдельных ферментов, аминокислот и витаминов; кремний обеспечивает эластичность и прочность соединительных тканей и “пружинных” систем нашего тела; серебро прибавляет организму свежести и бодрости.
В здоровом организме человека поддерживается неизменное содержимое минеральных элементов, как в общем, так и относительно отдельных составляющих. Они поступают в него постоянно с ежедневным приемом пищи и после соответствующего использования определенной их части выделяются из организма (15-25г в сутки).
Функции минеральных элементов в организме человека чрезвычайно разнообразны и важны. Каждый элемент должен содержаться в нем в определенном и достаточном количестве (своя норма для каждого конкретного человека), но в то же время не превышать допустимых значений.
Однако, важными являются не только наличие и специфическое действие каждого микроэлемента, но и их взаимодействие и взаимовлияние.
Человеческий организм усваивает пищу настолько хорошо, полно и эффективно, насколько она обеспечена макро- микроэлементами в необходимых количествах и пропорциях.
Минеральные элементы человек получает большей частью с растительной и животной пищей, и лишь незначительную часть (до 1-5%) с питьевой минеральной водой, кухонной солью и в виде специальных неорганических препаратов.
Наиболее важные минеральные элементы для организма человека и их основные поставщики из продуктов питания приведены в таблице.
| Наименование минеральных элементов | Основные пищевые источники |
Суточная потребность на взрослого человека,мг |
|---|---|---|
| Кальций – Са | Молоко, творог, яичный желток, бобовые, все овощи, фрукты и травы (особенно лук репчатый, петрушка, хрен, виноград, лимонник, малина, смородина, шиповник и т.п.) | |
| Фосфор – Р | Молоко, молочные продукты, яичный желток, мясо, зерно, бобовые, кукуруза и другие овощи, много ягод и фруктов, одуванчик | |
| Магний – Мg | Все овощи, фрукты и зерно (особенно кукуруза, бобовые, лук, петрушка, арбуз и многие другие) | |
| Калий – К | Все овощи, фрукты и травы, зерно, шоколад, какао (особенно курага, картофель, лук репчатый, сельдерей, свекла, хрен, щавель) | |
| Натрий – Nа, Хлор – Сl |
Много естественных продуктов питания (овощи и фрукты), кухонная соль, морская рыба, брынза | |
| Сера – S | Мясо, яйца (особенно перепелиные), некоторые овощи и фрукты (капуста белоголовая брюссельская, горошек зеленый, кабачки, редис, редька, фасоль, вишня и др.), зерно | |
| Железо – Fе | Хлебопродукты, мясо, печень, гречневая крупа, много овощей, фруктов и трав (крапива, лук репчатый, свекла, чеснок, щавель, груши, вишни, персики, крыжовник, малина, смородина, шиповник, черника) | |
| Фтор – F | Питьевая минеральная вода, листья чая, зерно, некоторые овощи и фрукты (щавель, слива, актинидия и т.п.), морепродукты (креветки, кальмары, мидии и др.) | |
| Медь – Сu | Печень, яичный желток, листья чая, рыба, орехи, много овощей и фруктов (салат, баклажаны, кабачки, картофель, кукуруза, огурцы, абрикосы, виноград, груши, калина и др.), грибы | |
| Цинк – Zп | Мясо, печень, рыба, молочные продукты, овощи, фрукты и травы (картофель, морковь, свекла, крапива, калина, малина, вишня, слива и др.) | |
| Марганец – М | Хлебопродукты, много овощей и фруктов (особенно кукуруза, томаты, свекла, огурцы, морковь, одуванчик, рябина, калина, смородина и др.), орехи (арахис, миндаль, фундук) | |
| Кобальт – Со | Зерно, печень, мясо, молоко, много овощей и фруктов (свекла, огурцы, салат, шпинат, бобовые, виноград, вишни, яблоки, груши, сливы и др.) | |
| Бром – Вr | Морская рыба, продукты моря (морская капуста и др.), молоко, хлебопродукты | |
| Йод – J | Питьевая вода, морская рыба, продукты моря, молоко, мясо, капуста цветная, картофель, свекла, морковь, рябина черноплодная, яблоки и др., йодированная соль | |
| Алюминий – Аl | Хлебопродукты, некоторые овощи и фрукты (перец красный, облепиха, яблоки и др.), вода, чай, использование алюминиевой посуды | |
| Кремний – Si | Хлебопродукты, зерно, некоторые овощи, фрукты и травы (огурцы, перец, хвощ полевой, тысячелистник, арбуз, виноград, облепиха, яблоки и др.) | |
| Хром – Сr | Пивные дрожжи, мясо, хлебопродукты из муки грубого помола, растительные масла, некоторые овощи, фрукты и травы (слива, шиповник, одуванчик, бобы и т.п.) | |
| Селен – Sе | Некоторые овощи, фрукты и травы (капуста, тыква, укроп, лимонник китайский, смородина черная, шиповник, астрагал шерстистоцветковый и др.), питьевая минеральная вода | |
| Бор – В | Продукты растительного происхождения: орехи, изюм, финики, бобы и много других овощей и фруктов, красное вино | |
| Молибден – Мо | Зерно, бобовые, орехи, некоторые овощи, фрукты, травы (капуста, морковь, щавель, одуванчик, абрикосы, груши, рябина, шиповник и др.) |
Как видно из таблицы, основные минеральные элементы содержатся практически во всех продуктах питания. Отличие заключается только в количественном содержимом отдельных элементов и их соединений в тех или иных продуктах питания.
Именно поэтому одной из главных задач человека, который стремится быть здоровым, является выбор наилучшей комбинации разных продуктов из общего ассортимента и правильное их приготовление.
Недостаток или избыток минеральных элементов
Минеральные элементы, как и витамины, могут до определенной степени накапливаться в организме человека “про запас” и сохраняться в нем продолжительное время.
Однако, недостаток отдельных минеральных элементов, а также их излишек может вызвать составные и количественные изменения разных жизненно необходимых компонентов в отдельных системах организма человека – гормонов, витаминов и т.п. Вследствие таких изменений возможны ситуации, когда при дефиците какого-то элемента не будет усваиваться другой элемент или не будет образовываться тот или иной витамин, гормон, фермент.
А продолжительный недостаток или избыток определенного элемента в окружающей среде (почве, питьевой воде, атмосферных осадках) в том или другом регионе может вызвать его хронический недостаток или избыток и в результате привести к массовым заболеваниям людей или животных. Излишек фтора может вызвать флюороз, а его недостаток – кариес, недостаток йода – эндемический зоб и т.д.
Поэтому необходимо включение в рацион питания разнообразных продуктов, значительная часть которых изготовлена и выращена в регионах, отдаленных от мест потребления.
Это очень важный положительный фактор, благодаря которому устраняются возможные причины влияния на людей неблагоприятных геохимических особенностей местности.
Поэтому в последнее время ученые считают, что только два минеральных элемента можно назвать потенциально возможными факторами эндемических заболеваний – йод и фтор, которые поступают в организм человека большей частью с питьевой водой в конкретном регионе проживания.
Содержание минеральных элементов в отдельных овощах, фруктах и продуктах животного происхождения существенным образом отличается. Поэтому, с целью полного обеспечения человеческого организма всеми минеральными элементами, важно использовать разнообразные продукты питания. Чем больше их ассортимент, тем лучше будет обеспечен организм минеральными элементами в необходимом составе и количестве.
Включать в рацион питания (в разумных пределах) различные продукты питания растительного происхождения, произведенные в других геохимических регионах.
Необходимо ввести в рацион употребление естественной слабоминерализованной воды, полученной из сертифицированных бюветных источников.
Целесообразно также дополнительное специальное употребление продуктов с рекомендуемым для данной конкретной местности повышенным содержимым тех или других дефицитных минеральных элементов, например, употребление йодированной соли, применение фторсодержащих препаратов (типа зубной пасты) и т.п.
Только при соблюдении всех этих правил и рекомендаций можно поддерживать здоровым свой организм продолжительное время.
Минеральные элементы составляют в среднем всего 1 % съедобной части пищи (за исключением добавки поваренной соли). Однако они играют важную роль в организме. Минеральные элементы участвуют в пластических процессах, формировании и построении костей и тканей, в синтезе белка, в различных ферментативных процессах, работе эндокринных желез, регулируют обмен веществ, кислотно-щелочное состояние и водный обмен.
Для сохранения здоровья и высокой работоспособности необходимо постоянное поступление с пищей различных минеральных элементов. Длительный недостаток их в питании может привести к значительным нарушениям различных функций организма и заболеваниям.
В организме человека обнаружено более 60 минеральных элементов, многие из которых играют важную роль. Обычно их разделяют на две группы: макроэлементы, содержащиеся в пище в относительно больших количествах (кальций, фосфор, магний, натрий, калий и др.), и микроэлементы, концентрация которых в продуктах очень мала (железо, цинк, йод, фтор, медь и др.).
Макроэлементы
Кальций входит в состав опорных тканей организма и имеет важное значение для формирования скелета. В костях и зубах его содержится 98 %. Кальций оптимизирует возбудимость нервной системы и работу мышц, способствует нормализации деятельности сердечной мышцы, активизирует деятельность ферментов, способствует повышению защитных сил организма, участвует в процессе свертывания крови и обладает противовоспалительным действием.
Суточная потребность в кальции для взрослых - 800 мг, беременных женщин и кормящих матерей - 1000 мг. Значительное количество кальция находится в молоке и молочных продуктах, яйцах, крупах. Обычно 80 % потребности в кальции удовлетворяются молочными продуктами.
Содержание кальция: сыры (голландский, советский) - 1040-1050 мг (на 100 г продукта), творог жирный- 150 мг, молоко-128 мг, яйца - 55 мг, крупа гречневая - 55 мг, рис - 27 мг, пшено - 26 мг, хлеб пшеничный - 26 мг.
Фосфор играет исключительно важную роль в деятельности ЦНС и обменных процессах внутриклеточных систем и мышц, включая и сердечную. Органические соединения фосфора являются аккумуляторами энергии, освобождающейся при биологическом окислении. Фосфористые белки и жиры улучшают умственную деятельность. Соединения фосфора присутствуют во многих биологических веществах организма и постоянно участвуют в обмене веществ.
Суточная потребность в фосфоре у взрослого человека составляет 1200 мг, у беременных женщин и кормящих матерей - 1500 мг.
Значительное количество фосфора находится в сыре, печени, фасоли, горохе, овсяной и гречневой крупе, хлебе. Содержание фосфора: сыры - 400-600 мг (в 100 г продукта), печень - 596 мг, мясо - 200-250 мг, рыба - 150-220 мг, творог - 216 мг, яйца-215 мг, фасоль - 514 мг, горох - 329 мг, крупа овсяная - 327 мг, крупа гречневая - 294 мг.
Для удовлетворения потребности в кальции и фосфоре важны условия их усвоения. Кальций, фосфор, и особенно кальций, хорошо усваиваются, когда соотношение между ними составляет 1:1 или 1:1,3. Такое благоприятное соотношение встречается прежде всего в молоке и молочных продуктах, а также в гречневой каше с молоком.
Магний имеет важное значение для нормализации возбудимости нервной системы. Он оказывает сосудорасширяющее и антиспастическое действие, стимулирует перистальтику и увеличивает желчевыделение. В ряде исследований отмечалось снижение уровня холестерина при магниевых диетах. При недостатке магния происходит усиленное отложение кальция в стенках артерий, сердце, мышцах.
Суточная потребность взрослых людей в магнии составляет 400 мг, беременных женщин и кормящих матерей - 450 мг. Наиболее благоприятным соотношением кальция и магния является 1:0,5 - 0,75.
Калий имеет важное значение для процессов внутриклеточного обмена. Он регулирует кислотно-щелочное равновесие крови, стимулирует работу ряда ферментов, участвует в образовании ацетилхолина и проведении нервных импульсов к мышцам, усиливает выведение жидкости из организма и тем самым нормализует кровяное давление. Калиевые диеты используются при гипертонии, почечных и сердечно-сосудистых заболеваниях, отеках.
Суточная потребность в калии для взрослых - 2500- 5000 мг. Основные продукты, содержащие калий, - сухофрукты, бобовые, картофель, фрукты, овощи. Содержание калия: урюк- 1781 мг (на 100 г продукта), курага (абрикосовая) - 1717 мг, фасоль - 1100 мг, - горох - 870 мг, чернослив - 864 мг, изюм - 860 мг, сушеные груши - 872 мг, сушеные яблоки - 580 мг, картофель - 568 мг, щавель - 500 мг, черная смородина - 372 мг, персики - 363 мг, редька - 357 мг. При обычном питании потребность в калии в значительной мере покрывается за счет картофеля.
Микроэлементы
Железо - кроветворный элемент, нормализующий состав крови. Входит в состав гемоглобина, где сосредоточено примерно 60 % всего железа организма. При недостатке железа, особенно у детей, может возникать анемия. Железо также входит в состав окислительных ферментов и стимулирует обменные процессы в клетках. У взрослых людей некоторое количество железа может накапливаться в организме. Суточная потребность для взрослых в железе: мужчин- 10 мг, женщин- 18 мг, беременных женщин - 20 мг.
Железо содержится во многих продуктах (печень, мясо, сушеные и свежие фрукты, ягоды, крупы, хлеб). Содержание железа в продуктах: печень свиная - 20,2 мг (в 100 г продукта), печень говяжья - 6,9 мг, говядина - 2,9 мг, мясо кролика - 3,3 мг, яйцо - 2,5 мг, куры - 2,2 мг, чернослив-13 мг, груши - 2,3 мг, горох - 7 мг, крупа гречневая - 6,6 мг, хлеб - 3,2-3,6 мг.
Следует подчеркнуть, что, по некоторым данным, 60 % железа в зерновых продуктах находятся в неусваиваемой форме, а вот железо овощей и фруктов наиболее легко усваивается организмом.
Фтор имеет большое значение для развития и сохранения зубов, а также нормализует фосфорно-кальциевый обмен. При недостатке фтора быстро разрушается зубная эмаль (кариес). При избыточном потреблении фтора возникает другое заболевание - флюороз (крапчатность зубной эмали). Предельно допустимыми концентрациями фтора считается 2,4-2,8 мг на 1 кг пищи и 1,2 мг на литр питьевой воды.
Основные источники фтора - мука и крупы (0,25- 0,7 мг в 1 кг продукта), мясо животных (ОД5-0,6 мг), морская рыба (0,4-1,5 мг), речная рыба (0,09-0,4 мг). Значительное количество фтора содержится в консервах из цельной рыбы, так как он находится главным образом в ее костях и зубах. Много фтора в чае. При его заваривании фтор переходит в отвар, поэтому в чашке чая может содержаться 0,1-0,2 мг фтора.
Для нормализации содержания фтора в организме проводят профилактические мероприятия. При его недостатке к питьевой воде добавляют фтор (0,7-1,2 мг/л). При избыточном содержании фтора в питьевой воде специальной обработкой (дефторирование) уменьшают его концентрацию.
Источник---
Лаптев, А.П. Гигиена/ А.П. Лаптев [и д.р.]. – М.: Физкультура и спорт, 1990.- 368 с.
Это Кальций . Он относится к группе макроэлементов, так как содержится в организме в большом количестве - около 1 кг. Из них 99% находится в костной ткани, а оставшийся 1% - в крови. Причем, концентрация Кальция в крови постоянна, а кости служат в качестве депо, из которого он при необходимости поступает в кровь.
Функции
Для чего же он нужен?
- Еще раз повторимся - он входит в состав костей, придавая им твердость, и просто необходим для нормального формирования скелета;
- влияет на работу мышц, регулирующих не только движения тела, но и тонус сосудов, сердечную мышцу и др.;
- участвует в создании и передаче нервных импульсов;
- в кислотно-щелочном равновесии играет роль щелочи, нейтрализуя повышенную кислотность;
- необходим для нормальной свертываемости крови;
- повышает активность работы некоторых ферментов;
- способствует выведению с водой вредных веществ (например, солей тяжелых металлов);
А также он повышает защитные силы организма, обладает противовоспалительным, противоаллергическим и антистрессовым действием.
Суточная потребность
Для выполнения этих функций необходимо достаточное количество кальция в теле, в противном случае он будет извлекаться из костей. Поэтому была вычислена величина суточной потребности в этом элементе, которая меняется с возрастом. У детей она возрастает от 200 мг при рождении до 1000 мг к 8 годам. Максимальная потребность в нем у детей и подростков в возрасте от 9 до 18 лет - 1300 мг. У взрослых она составляет 1000 мг в сутки, а после 50 лет вновь повышается до 1200 мг.
В некоторых случаях эта цифра несколько возрастает - например, при активной физической работе с обильным потоотделением, при лечении некоторыми гормональными препаратами и при постоянном контакте с фтором и фосфатами.
Дефицит
Если же кальций не поступает в необходимом количестве либо вследствие несбалансированного питания или заболеваний пищеварительной системы плохо усваивается, то возникает его недостаток.
Как уже было сказано, вначале его дефицит в крови (гипокальциемия) компенсируется за счет поступления из костей. В результате развивается остеопороз (т.е. разрежение костной ткани), и они становятся более хрупкими. Появляются онемение и пониженная чувствительность пальцев, судороги, а также общая слабость, снижение аппетита и ухудшение работы сердца.
Избыток
Но порой возможно и развитие гиперкальциемии, т.е. избытка кальция. Это бывает при употреблении пищи и воды с большим содержанием кальция или витамина D , а также при злоупотреблении лекарственными препаратами или БАДами с одним из них или обоими в составе.
В результате также наблюдается общая слабость, судороги, нарушается работа пищеварительной системы (снижается аппетит, возможны тошнота, рвота, запоры), сердца (возможны нарушения ритма, инфаркт, инсульт). Кальций откладывается в мягких тканях и органах (почках, сосудах, мышцах).
Источники
Кальций присутствует во многих продуктах растительного и животного происхождения. Так, богаты им рыба и морепродукты, молочные и кисломолочные продукты, орехи и зеленые листовые овощи. Более подробную информацию можно получить из таблицы.
| Категории | Количество кальция, мг | Продукты |
|---|---|---|
| очень высокое содержание | более 100 мг | Сардина и лосось консервированные, сельдь, сыр, сухие сливки, сгущенное молоко, молоко, кефир, йогурт, творог, петрушка, лук зеленый, шпинат, миндаль, фисташки, инжир, чай, кофе в зернах, лимон |
| высокое содержание | 50 - 99 мг | Консервы в масле, омар, икра, сметана, яйца, овсяная крупа, горох, брокколи, краснокочанная капуста, сельдерей, салат, чеснок, вареная фасоль, арахис, грецкие орехи, изюм, какао, подсолнечные и тыквенные семечки, ежевика |
| умеренное содержание | 30 - 49 мг | Молочные сосиски, вареная колбаса, кальмары, рыба, пшенная и перловая крупы, ржаная мука грубого помола, ржаной хлеб, белокочанная, брюссельская и квашеная капуста, кольраби, морковь, редис, репа, редька, свекла, репчатый лук, апельсин и апельсиновый сок, грейпфрут, чернослив, клубника, фундук, кешью |
| низкое содержание | 15 - 29 мг | Мясо кролика, филе морского окуня, сливочное масло, манная и гречневая крупы, мука и пшеничный хлеб из муки высшего сорта, сдоба, макароны, баклажан, цветная капуста, тыква, огурцы, свежий горох, груши, персики, абрикосы, вишня, слива, виноград и виноградный сок |
| очень низкое содержание | менее 15 мг | Мясо и мясные продукты (говядина, говяжьи печень, сердце и почки, свинина и свиная печень, баранина, курица, ветчина, фарш), маргарин, рис, картофель, зеленый перец, томаты и томатный сок, яблоки и яблочный сок, бананы, арбуз |
Но получить кальций мало, его необходимо еще и усвоить . А это не так легко, потому что во многих продуктах он находится в форме фосфатов, оксалатов, карбонатов и других труднорастворимых солей.
Поэтому следует знать, какие факторы:
- способствуют его усвоению - достаточное количество белков и витамина D, лактоза, лимонная кислота ;
- и препятствуют этому - избыток жиров , особенно животных, щавелевой и фитиновой кислот , кофеин, алкоголь и стресс.
Также имеет значение правильное соотношение между кальцием и магнием (1: 0,6) и кальцием и фосфором (1: 1,5).
Но в целом, при разнообразном и сбалансированном питании все эти факторы обычно уравновешиваются, и усвоение описываемого элемента организмом вполне достаточно.
Существующие системы классификации минеральных элементов, обнаруженных в организме животных, основываются на одной из трех исходных предпосылок: 1) преимущественной локализации элементов в тех или иных органах и тканях, 2) количественном содержании элементов в организме и 3) их значении для жизнедеятельности.
В основу классификации по распределению элементов в органах и тканях положена «тропность», т. е. органная и тканевая специфичность элементов, или, наоборот, отсутствие таковой.
Согласно этой схеме, минеральные элементы разделяют на три группы: 1) локализующиеся в костной ткани (остеотропные); 2) локализующиеся в ретикулоэндотелиальной системе; 3) не обладающие тканевой специфичностью, т. е. равномерно распределяющиеся по тканям организма.
К первой группе элементов относят кальций, магний, стронций, бериллий, фтор, ванадий, барий, титан, радий, свинец и др.; ко второй - железо, медь, марганец, серебро, хром, никель, кобальт, часть лантанидов; к третьей - натрий, калий, серу, хлор, литий, рубидий, цезий.
С физиологической точки зрения эта схема несовершенна. Прежде всего большинство «тройных» элементов не является таковыми в полном смысле слова. Магний, например, концентрируется в костях, но он же представляет собой основной внутриклеточный катион мягких тканей. Фосфор - остеотропный элемент (до 83% его находится в скелете в составе гидроксиапатита), но он входит в состав сложных органических соединений и является непременным компонентом внутренней среды организма.
Кроме того, накопление каких-либо элементов в кости, печени, селезенке и т. д. еще не определяет их значения в развитии и функционировании данного органа. Так, некоторые остеотропные элементы (свинец, бериллий, барий, цирконий, олово, актиниды), по-видимому, не выполняют никакой биологической функции и являются для скелета балластными. Концентрация ряда элементов (например, меди, кобальта) в печени находится в прямой зависимости от поступления их с кормом; для других же элементов (марганец, железо) эта зависимость выражена слабо, хотя содержание их в печени достаточно высокое.
Что касается ретикулоэндотелиальной системы (системы макрофагов), то под этим названием понимают совокупность различных по структуре образований, выполняющих функцию защиты организма от чужеродных частиц или веществ. Сюда относят ретикулярные клетки и эндотелий сосудов в костном мозге, селезенке, лимфатических узлах, легких; особые эндотелиальные (купферовские) клетки в капиллярах печени, сходные с ними клетки в мозговом веществе надпочечников и аденогипофизе. Накопление минеральных элементов в этих органах служит не столько доказательством их важности для функции данного органа, сколько показателем их токсичности или бесполезности для организма.
Наконец, имеются элементы, вообще не попадающие ни в одну из перечисленных групп. Это йод, концентрирующийся в щитовидной железе и яичниках, теллур - в почках, мышьяк и сурьма - в эритроцитах, цинк и кадмий - в поджелудочной железе, половых органах, костях.
В целом описанная классификация более полезна для токсикологов и радиобиологов, чем для физиологов.
По классификации, основанной на количественном признаке,
все минеральные элементы делят на три группы в соответствии с их содержанием в теле животных: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы (табл. 1).
Система классификации по количественному признаку проста и удобна, но она не дает ответа на главный вопрос - какова биологическая роль того или иного элемента в организме. Кроме того, количественное содержание некоторых элементов в организме может значительно варьировать в зависимости от среды обитания животных, способа питания, видовой принадлежности (это, в частности, относится к фтору, ванадию, селену, стронцию, молибдену, кадмию).
По мнению ряда исследователей, микро- и ультрамикроэлементы вообще не следует отождествлять с минеральными веществами по той причине, что в кормах и животных организмах они содержатся главным образом в виде органических соединений или комплексов, обладающих биологической активностью. Однако это обстоятельство, по-видимому, не является основанием для обособления микроэлементов в особую группу биологически активных веществ.
При современном уровне знаний метаболизм любого минерального элемента нельзя рассматривать лишь в аспекте динамики его неорганических солей.
С точки же зрения науки о кормлении животных микроэлементы являются столь же необходимыми компонентами питания, как и другие минеральные элементы, независимо от того, в какой форме они поступают в организм.
Классификация, основанная на биологической роли элементов, представляет наибольший интерес для физиологов, биохимиков и специалистов в области питания животных. Согласно этой классификации, минеральные элементы, обнаруженные в организме животных, делят на три группы: 1) жизненно необходимые (биогенные, биотические элементы), 2) вероятно (условно) необходимые и 3) элементы с малоизученной или неизвестной ролью.
Для большинства млекопитающих животных, в том числе и сельскохозяйственных, эту классификацию можно представить следующим образом:
Группа биотических элементов включает в себя все макроэлементы, часть микро- и ультрамикроэлементов. Это подтверждает мысль о том, что порядок концентрации того или иного микроэлемента в организме еще не определяет его биологического значения.
Элемент может быть отнесен к группе биотических, если он удовлетворяет следующим требованиям:
- постоянно присутствует в организме животных в количествах, сходных у разных индивидуумов;
- ткани по содержанию данного элемента всегда располагаются в определенном порядке;
- синтетический рацион, не содержащий этого элемента, вызывает у животных характерные симптомы недостаточности и определенные биохимические изменения в тканях;
- эти симптомы и изменения могут быть предотвращены или устранены путем добавления данного элемента в экспериментальный рацион.
Всем перечисленным требованиям в свете современных данных удовлетворяют 15 элементов, перечисленных выше. Даже такой элемент, как фтор, обладающий очевидным профилактическим эффектом против кариеса зубов и, по-видимому, способствующий костеобразованию, не включен в эту группу. Дело в том, что до настоящего времени не удалось воспроизвести симптомы недостаточности фтора в эксперименте при содержании животных на рационе, дефицитном по этому элементу. Необходимо отметить, что воспроизведение пищевой недостаточности иногда затруднительно вследствие чрезвычайно малой потребности животного в изучаемых элементах и наличия их следов в компонентах очищенного рациона (соевом белке, глюкозе, сахарозе, желатине, казеине и пр.).
Среди 15 жизненно необходимых элементов 9 являются катионами - это кальций (Ca2+), натрий (Na+), калий (K+), магний (Mg2+), марганец (Mn2+), цинк (Zn2+), железо (Fe2+), медь (Cu2+) и кобальт (Co2+), а 6 других - анионами или содержатся в сложных анионных группировках - хлорид (Cl-), йодид (J-), фосфат (РО4в3-), сульфат (SO4в2-), молибдат (МоО4в2-) и селенит (SeO3в2-).
Вероятно необходимые элементы также постоянно обнаруживаются в тканях животных в относительно стабильных количествах, но не удовлетворяют всем перечисленным выше требованиям. Участие этих элементов в обменных процессах может ограничиваться отдельными тканями и в ряде случаев требует экспериментального подтверждения.
Что касается элементов, роль которых в организме мало изучена или неизвестна, то многие из них, по-видимому, случайно накапливаются в организме, поступая с кормами и не выполняя какой-либо полезной функции. Однако строго ограничивать группу биогенных элементов тоже нельзя, поскольку возможно открытие биологической роли новых элементов. Например, в последние годы установлена биотическая роль селена, появились экспериментальные данные об участии в метаболических процессах фтора, хрома, кремния, мышьяка.
На рисунке 2.1 приведена схема классификации элементов тела животных, в которой одновременно учтены их количественные характеристики и значение для процессов жизнедеятельности.
Классификация элементов по степени их биогенности, как и две предыдущие, имеет существенные недостатки: она слишком обща, не отражает механизма влияния минеральных элементов на организм и не позволяет достаточно точно предвидеть возможную биологическую роль или токсикологический эффект того или иного элемента. В настоящее время исследователи вынуждены, как правило, давать индивидуальную оценку каждому элементу.
Просмотры: 1548
15.03.2018
Наличие достаточного количества питательных веществ в почве не дает гарантии их попадания в растения. Усваиваемость элементов питания культурами зависит от многих факторов, как внутренних, так и внешних. Прежде всего, каждое растение испытывает потребность в определенном наборе химических соединений, который связан с типом культуры, ее фазой развития и индивидуальными особенностями. В течение вегетационного периода растения потребность и степень усваиваемости одного и того же элемента может сильно отличаться. Поскольку все растительные организмы обладают избирательной способностью, то поглощение веществ, необходимых на данном этапе их развития, происходит более активно, чем всех остальных.
Урожайность и качество растительной продукции обеспечиваются необходимым уровнем, соотношением и доступностью элементов питания. И если кислород, водород и углерод растения могут в достаточном количестве получать из атмосферного воздуха (в виде СО 2 и Н 2 О), то остальные необходимые элементы питания поступают в их организм почти полностью из почвы. Главным условием хорошей поглощаемости растениями микроэлементов является их доступность. Если элементы питания находятся в почвенном растворе, они наиболее легко усваиваются растениями. Наиболее важными для питания культур являются находящиеся в почвенном растворе ионы Са 2+ , К + , Mg 2+ , NH 4+ , NO 3- , SO 4 2- и H 2 PO 4 - . В процессе поглощения их корневой системой растений необходимо постоянное пополнение этих элементов путем внесения органических и минеральных удобрений.
Растения способны питаться не только ионами микро- и макроэлементов, которые находятся в почвенном растворе, но и теми ионами, которые связаны в коллоидах. С помощью корневых выделений (угольная кислота, органические и аминокислоты), обладающих растворяющей способностью, растения способны воздействовать на твердую фазу почвы, превращая необходимые им элементы из малодоступных соединений в легкоусваиваемую форму.
Немаловажный фактор, который следует учитывать при определении доступности того или иного вещества – это взаимодействие элементов питания между собой. Определенное количество и соотношение таких элементов как калий, фосфор и азот в питательной среде растения способствует не только его интенсивному росту, но и усвоению других важных микроэлементов. Достаточное количество азота в питании растения способствует лучшей усваиваемости кальция, калия, фосфора, железа, меди, магния, марганца и цинка. Но избыточные дозы азота провоцируют дефицит этих же элементов в растениях. Снижает поступление железа, марганца и магния переизбыток фосфора в питании растений. При недостатке калия наблюдается недостаточное потребление культурами азота, магния, кальция, и некоторых других элементов.
На уровень усваиваемости удобрений растениями большое влияние оказывают параметры окружающей среды: температура и влажность почвы, воздуха, освещенность, кислотно-щелочная реакция грунта, его механический и химический состав и пр. Замечено, что низкие температуры (+10...11 °С) замедляют усваиваемость фосфора и тормозят поглощение основных элементов питания корневой системой растений. При +5...6 °С прекращается поступление всех питательных веществ, в т. ч. и азота, в растения. Наиболее оптимальный температурный диапазон, при котором происходит максимальная усваиваемость микро- и макроэлементов у большинства растительных организмов, находится в пределах от +15 °С до +30 °С.
Освещение, необходимое для процессов фотосинтеза, так же необходимо и для поглощения растениями элементов питания. Чем меньше света, тем ниже уровень усвоения полезных веществ. Поступление некоторых элементов, например калия, напрямую зависит от яркости освещения, поэтому культуры, растущие в тени, часто страдают от его недостатка. Продолжительность воздействия и интенсивность солнечных лучей влияют на поступление в растения кальция, фосфора, магния, молибдена, серы, аммиака и других элементов. От освещенности зависит и оптимальная влажность воздуха для растений: чем больше освещенность, тем выше должна быть относительная влажность воздуха.
Достаточная влажность почвы положительно влияет на развитие корневой системы растений и улучшает ее поглотительную способность. Если в зонах с достаточным уровнем увлажнения усвоение растениями фосфора из минеральных удобрений составляет 10 – 20%, а калия и азота – 40 – 70%, то в условиях засушливого климата этот показатель уменьшается в 1,5 – 2 раза. Повышение содержания влаги в грунте (до определенного предела) увеличивает доступность элементов питания в связи с их растворяемостью в воде.
Оптимальный (средний) уровень влажности для каждого типа почв не одинаков. Для суглинистого чернозема он составляет около 55 – 61%, для песчаного чернозема этот показатель находится в пределах 35 – 40%, а для подзолистых почв – от 41% до 61%. Но при этом необходимо учитывать также различие химического и физико-механического составов различных слоев почв, в которых находятся вещества, необходимые для питания растений. На усваиваемость микро- и макроэлементов растениями негативно влияют как засуха, так и переувлажнение грунта.
Не меньшее влияние на доступность питательных элементов для растений оказывает и кислотно-щелочная среда почвы. Для каждого из элементов минерального питания есть определенное значение рН почвы, при котором он будет максимально доступен для растения. Так, некоторые виды фосфорсодержащих удобрений (фосфоритная мука) становятся доступными лишь после растворения в кислой среде. Как правило, более доступны и лучше усваиваются элементы в слабокислой или близкой к нейтральной почвенной среде (6,2 < pH < 6,5). Избыток водорастворимых солей в почвенном растворе очень вреден для растительных организмов, а высокие концентрации (0,3 – 0,5%) приводят к гибели растений.