Микроэлементозы человека

В настоящее время остро стоит вопрос о качестве питьевой воды, которое продолжает снижаться вследствие общего ухудшения экологической обстановки. Поэтому, кроме положительного воздействия на организм человека, вода также может быть источником серьезных социальных проблем.

Питьевая вода с одной стороны компонент среды, который в наибольшей степени характеризует геохимические особенности местности, а с другой – компонент среды, который непосредственно влияет на организм человека.

Учитывая зависимость элементного состава организма человека от содержания химических веществ в окружающей среде, с одной стороны, а, с другой – различия и особенности химического состава того или иного региона, проблема элементозов – патологических состояний, связанных с избытком, дефицитом или дисбалансом макро- и микроэлементов, приобретает проблему национального масштаба

Известно [Спиричев В.Б. Витамины, витаминоподобные и минеральные вещества: Справочник для провизоров и фармацевтов. М.: Изд-во МЦФЭР, 2004. – 240 с.], что в России в среднем примерно две трети взрослых и три четверти детей отнесены к группе риска по гипоэлементозам (дефицит от одного до нескольких важнейших макро- и микроэлементов одновременно). Может развиваться недостаточность одного микроэлемента (моногипомикроэлементоз) или нескольких (полигипомикроэлементоз).

С другой стороны, около одной трети населения в той или иной мере подвержены гиперэлементозам (избыточное накопление от одного до нескольких элементов в организме). Особенно это чревато в зонах экологического бедствия, где гиперэлементозы могут встречаться у 90 % детского и взрослого населения.

Для обозначения всех патологических процессов, вызванных дефицитом, избытком или дисбалансом макро- и микроэлементов, принято понятие микроэлементозов, которые весьма широко распространены не только в России, но и во всем мире.

Учение о микроэлементах и микроэлементозах заложено в 20-е годы ХХ столетия выдающимся русским ученым-биохимиком В.И. Вернадским. В дальнейшем углубленно разработано А.П. Виноградовым, В.В. Ковальским, Г.А. Бабенко, А.П. Авцыном, А.А. Жаворонковым, А.В. Скальным, В.Л. Сусликовым и др.

Объясняя патологические состояния (вызванные дефицитом, избытком, или дисбалансом макро- и микроэлементов в организме человека) академик А.П. Авцын (1983 г.) употреблял термин «микроэлементозы», он утверждал, что нарушение содержания даже одного биометалла влечет за собой тотальную системную разбалансировку минерального обмена.

С начала 80-х годов интерес к проблеме микроэлементозов в России стал ослабевать, а за рубежом именно в это время начинается новый расцвет микроэлементологии (E. Underwood, W. Merts, H. Zumkley, D. Oberleas, M. Anke и др.).

О масштабах исследований, связанных с микроэлементозами, говорит тот факт, что с 1984 г. выходит ежеквартальный международный журнал Trace Elements in Medicine, с 1987 г. - еще один журнал J. Trace Elements and Electrolytes in Health and Disease и с 1988 г. – J. Of Trace Elements in Experimental Medicine, посвященные изучению роли микроэлементов в медицине.

В настоящее время не вызывает сомнений значительная роль микро- и макроэлементов в многообразных функциях организма и каждой клетки в отдельности. Академик АМН А.П. Авцын верил, что микроэлементология - это наука будущего и каждая из ее ветвей, в том числе и медицинская, получит свое дальнейшее развитие. Коррекция дисбаланса макро- и микроэлементов у человека может быть сопоставима с ролью генетических факторов в формировании здоровья (ак. И.М. Воронцов).

Сегодня появилось даже целое направление в медицине, которое занимается изучением зависимости состояния здоровья человека от отклонений от нормы содержания в его рови (и, соответственно, в клетках организма) тех или иных микроэлементов.

Диагностика отклонений от нормы производится в результате анализа состава крови, а также по наличию микроэлементов в волосах или ногтях человека. Химический состав волос соответствует химическому составу организма в целом [Агаджанян Н.А., Скальный А.В. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека. – М.: Изд-во КМК, 2000. – 83с.]. Волосы и ногти обновляются довольно медленно, поэтому их состав отражает состав крови человека в течение длительного времени. Если каких-то химических элементов в крови человека не хватает, то и в ногтях и волосах этих же элементов будет меньше нормы.

Дефицит важнейших макро- и микроэлементов (железа, кальция, фтора, селена, йода и др.), который испытывают отдельные группы населения в России (в 20-55 % случаях) приводит к развитию различных и широко распространенных заболеваний: анемии, остеопороза, врожденным дефектам сердца, нарушениям функции щитовидной железы и замедлению физического и умственного развития [Волгарев М.Н., Тутельян В.А., Княжев В.А., Рогов И.А. Концепция здорового питания // Вестник Российской Академии медицинских наук.- М.: Медицина, 1999. № 9. – С. 17-19.].

Недостаточность организма в минеральных веществах возникает в определенных регионах, где в почве и воде снижено их содержание. В случаях недостаточного поступления минералов в организм, в течение некоторого времени восполнение их может осуществляться посредством мобилизации некоторых частей организма, которые обладают мощными резервами макроэлементов (например, костная ткань содержит кальций, магний, фосфор; мышцы – калий; кожа – натрий) и при недостаточном поступлении их с пищей восполняют дефицит. Что же касается резервов микроэлементов в тканях, то они незначительны и должны постоянно поступать с пищей.

Проблема микроэлементозов обусловлена неблагоприятной экологической обстановкой, сложившейся в нашей стране, особенно в крупных промышленных центрах. С одной стороны, это повышенные концентрации тяжелых металлов в окружающей среде, таких как свинец, ртуть и ряда др., которые приводят, прежде всего, к значительному напряжению иммунной системы человека. С другой стороны – антропогенно и природно обусловленные дефициты жизненно важных микроэлементов: железа, йода, селена, цинка и др., вызывающие те или иные физиологические и биохимические нарушения в нормальной жизнедеятельности человека.

К примеру, крупные биогеохимические регионы селенодефицита выявлены в Забайкалье, Ярославской области, Удмуртии, Карелии, в некоторых областях Сибири и Дальнего Востока. В то же время 80 % территории России находится в зоне йододефицита, по данным Российского мониторинга экономического положения и здоровья населения 1994-2003 гг. было установлено, что недостаток поступления кальция в организм испытывают более чем 80 % населения РФ. Следовательно, химические элементы являются одним из важных компонентов экологического портрета человека.

Человек является очень сложной многоклеточной системой генетически связанной с водой океанов, из которой произошло все живое, повторив ее солевой состав кровью и лимфой. Каждая клетка организма погружена в жидкость, насыщена определенными растворимыми ионами химических элементов, что определяет водно-солевой обмен и нормальное протекание всех биохимических процессов в организме [1-4]. Это означает, что любое увеличение по сравнению с фоновым содержанием химических элементов и их соединений способствует увеличению частоты заболеваний уже распространенных среди населения.

Возникают так называемые микроэлементозы – это все болезни и симптомы, обусловленные дефицитом, избытком или дисбалансом микроэлементов в организме. Впервые этот термин ввел А.П. Авцын [Авцын А.П., Жаворонков А.А., Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М.: Медицина, 1991, – 496с.; Смоляр В.И. Гипо- и гипермикроэлементозы. – Киев: Здоров\’я, 1989. – 152 с. ].

Хотя все микроэлементы являются составляющими земной коры, распространение их в настоящее время значительно нарушено вследствие техногенной деятельности человека. Неадекватное поступление микроэлементов в организм человека путем питания приводит (в зависимости от степени их дефицита или избытка) или к физиологическим изменениям в пределах обычной регуляции, или к значительным нарушениям метаболизма, или к возникновению специфических заболеваний.

В организме человека содержится практически вся таблица Менделеева (81 из 92 микроэлементов). Каждый микроэлемент нужен.

[Лапчинская Л.В., Прибылова В.Н., Решетов И.К. Вода – как фактор возникновения микроэлементозов у человека. / Вода и здоровье – 2001: Сб.научных статей. – Одесса: ОЦНТЭИ, 2001. – С.124-125.]: из 92 химических элементов таблицы Менделеева в организме человека обнаружен 81 элемент, из которых: 12 элементов – структурные, составляют 99% элементного состава организма человека (4 основных - C, H, O, N и 8 макроэлементов - Ca, Cl, F, K, Mg, N, P, S), 15 элементов – эссенциальные, жизненно необходимые, 2 элемента – условно эссенциальные Существуют также токсичные элементы, но очень часто разделить микроэлементы на токсичные и жизненно необходимые невозможно, т.к. соответствующий эффект зависит от их дозы. Здесь справедливо выражение "Нет токсичных веществ, есть токсичные дозы".

Микроэлементы – это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека в очень малых количествах, в пределах 10^-3-10^-12% (микроэлементы с содержанием ниже 10^-5% называют ультрамикроэлементами), но при этом они оказывают огромнейшее влияние на организм человека.

Авцын А. П.: «Микроэлементы - это не случайные ингредиенты тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организмов на всех стадиях развития».

Их также называют: «следовые элементы» (trace elements) в немецком и английском языках, «олигоэлементы» - у французских авторов, «рассеянные элементы» - в трудах В.И.Вернадского. В первую очередь это эссенциальные микроэлементы: железо, йод, медь, цинк, кобальт, никель, молибден, вольфрам, селен, марганец, мышьяк, кремний и литий. Роль этих элементов в том, что они входят в состав биологически важных молекул – ферментов, катализируют различные биохимические процессы, регулируя обмен веществ, поэтому их дефицит или избыток влияет на адаптацию организма. Как серьезные кандидаты на эссенциальность рассматриваются в настоящее время токсичные Cd и Pb.

Секрет действия микроэлементов заключается в том, что они являются катализаторами основных жизненных процессов. Макро- и микроэлементы влияют на обмен веществ, регулируют более 50000 биохимических процессов в нашем организме. Человеческий организм избирательно и активно использует элементы внешней среды для поддержания гомеостаза состава своего тела, и есть микроэлементы, редко встречаемые в природе, но активно накапливаемые в теле. Различные микроэлементы могут оказывать как синергичное влияние на накопление друг друга, так и антагонистическое (например, при дефиците селена усиленно накапливаются мышьяк, кадмий и ртуть, и они в свою очередь усиливают недостаток селена в организме).

В окружающей среде химические элементы распространены очень неравномерно.

По степени полезности для организма:

Эссенциальные элементы (жизненно необходимые, от англ. “essential”).

Это все структурные элементы (H, O, N, C; Ca, Cl, F, K, Mg, Na, P, S) + 8 микроэлементов (Cr, Cu, Fe, I, Mn, Mo, Se, Zn). Всего 20 шт.

Элемент считается эссенциальным, если при его отсутствии или недостаточном поступлении организм перестает расти и развиваться, не может осуществить свой биологический цикл, в частности, не способен к репродукции. Введение недостающего элемента устраняет признаки его дефицита и возвращает организму его жизнеспособность.

Условно-эссенциальные (жизненно-важные, но вредные в определенных дозах) микроэлементы (Ag, Al, Au, B, Co, Ge, Li, Si, V). Всего 9 шт.

Условно-токсичные микроэлементы и ультрамикроэлементы (As Ba Be Bi Br Cd Ce Cs Dy Er Eu Ga Gd Hf Hg Ho In Ir La Lu Nb Nd Ni Os Pb Pd Pr Pt Rb Re Rh Ru Sb Sc Sm Sn Sr Ta Tb Te Th Ti Tl Tm U W Y Yb Zr) – всего 52 шт. Считается, что ртуть (Hg) вредна для человека в любом количестве, поэтому ее можно назвать (безусловно) токсичным элементом.

Если при гипомикроэлементозах (заболеваниях, вызываемых дефицитом эссенциальных МЭ) возникают болезни недостаточности, то при самых разнообразных формах контакта организмов с токсичными МЭ возникает синдром интоксикаций — токсикопатий.

Говоря о повышенной концентрации в воде металлов, как правило, подразумевают ее загрязнение тяжелыми металлами (Cd, Рb, Zn, Сг, Ni, Со, Hg и др.). Характер эффекта биологического воздействия, оказываемого элементами на организмы, в зависимости от их концентрации в воде приведен на рисунке:

Тяжелые металлы по характеру биологического воздействия можно подразделить на две группы: токсиканты (кривая «а») и микроэлементы (кривая «b»), имеющие принципиально различный характер влияния на живые организмы.

Как видно из рисунка токсиканты оказывают отрицательное воздействие на организмы при любой концентрации, в то время как микроэлементы имеют область недостаточности, вызывающей отрицательный эффект (менее C₁), и область необходимых для жизни концентраций, при превышении которых снова возникает отрицательный эффект (более С₂). Типичными токсикантами являются: кадмий, свинец, ртуть; микроэлементами – марганец, медь, кобальт.

Стабильность элементного состава организма является одним из важнейших и обязательных условий нормального его функционирования. Отклонения, вызванные экологическими, профессиональными, климатографическими и другими факторами, приводят к широкому спектру нарушений в состоянии здоровья [Авцын А.П., Жаворонков А.А., Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М.: Медицина, 1991, – 496с.].

Самыми известными микрооэлементозамиявляются йоддефицитные состояния и железодефицитная анемия. Однако несбалансированность поступления других эссенциальных микроэлементов также может приводить к существенным изменениям здоровья и адаптивных возможностей человека. В России наиболее часто встречаются дефициты цинка, меди и марганца, а также избытки кадмия, свинца, мышьяка и ртути.

Наиболее распространенным дефицитом является дефицит цинка. Цинк - это микроэлемент, который необходим для регуляции клеточного иммунитета, для здоровья кожи, для роста волос, ногтей, для функционирования поджелудочной и предстательной железы. У часто болеющих детей дефицит цинка наблюдается в 80% - 90% случаев.

На втором месте дефицит меди - он приводит к истощению нервной системы. У детей это - нарушение опорно-двигательного аппарата: сколиоз, плоскостопие. При дефиците меди наблюдаются частые простудные заболевания, аллергии, бронхиальные астмы, анемии, ревматические заболевания. Если дефицит меди совпадает с дефицитом йода, наблюдается заболевание щитовидной железы.

На третьем месте дефицит марганца - он необходим для нормального функционирования нервной системы. Это элемент, который препятствует развитию аллергических заболеваний, сахарного диабета.

Кроме дефицитов часто встречаются избытки тяжелых металлов.

На первом месте стоит свинец. Он в первую очередь поражает центральную нервную систему, кроветворение, желудочно-кишечный тракт.

На втором месте - избыток кадмия - он поражает почки, сердечно-сосудистую систему, иммунную систему.

Далее - избыток ртути и мышьяка. Ртуть оказывает токсическое воздействие на почки и нервную систему. Мышьяк обычно поражает кожу, печень, легкие и может вызвать развитие онкозаболеваний.