Минеральные вещества.

Биологическая роль.Минеральные вещества относятся к незаменимым компонентам питания. В тканях и жидкостях человеческого организма обнаружено около 60 минеральных элементов. В зависимости от содержания в тканях они делятся на макроэлементы – содержание свыше 1мг% (Ca, Mg, P, S, R, Na, Cl, и др.) и микроэлементы - содержание менее 1 мг% (J, Cu, Zn, F, Mn, Co, Fe и др.)

Минеральные вещества участвуют во всех биохимических процессах, протекающих в организме, выполняют пластическую функцию, участвуя в построении различных тканей, особенно костной, обеспечивают коллоидное состояние протоплазмы, поддерживают на необходимом уровне осмотическое давление и концентрацию водородных ионов, являются катализаторами реакций межуточного обмена. Многие минеральные элементы входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и иных биологически активных соединений, участвуют в процессах транспорта химических веществ через клеточные мембраны, процессах возбудимости мышечной и нервной тканей, свертываемости крови и др.

Натрий и хлоручаствуют в поддержании осмотического давления в крови и тканевых жидкостях, обеспечении кислотно-щелочного равновесия, процессов нервно-мышечного возбуждения, внутриклеточного и межтканевого обмена. Хлорид натрия улучшает также вкусовые качества пищи и возбуждает аппетит.

При недостатке в пище или при больших потерях хлорида натрия с потом, при рвоте, поносах, ожогах происходит обезвоживание тканей, усиливается распад белков, снижается кислотность желудочного сока. Избыток соли способствует задержке воды в организме, что ведет к нагрузке на сердце и почки.

Суточная потребность в хлориде натрия 10-15 г, она обеспечивается за счет солей, содержащихся в продуктах питания (3-5 г), хлебе (3-5г) и поваренной соли, используемой для приготовления пищи и добавляемой по вкусу во время еды.

Следует ограничивать употребление соли при болезнях почек, гипертонической болезни, отеках, воспалительных процессах, ожирении, лечении стероидными гормонами. Увеличить введение соли рекомендуется в жарком климате, работе в горячих цехах, при интенсивных физических нагрузках, приводящих к увеличению потерь хлорида натрия с потом.

Кальций является главным структурным элементом костной системы, участвует в процессах свертывания крови, активизирует ряд ферментов, обладает противовоспалительным действием. Большое значение кальций имеет также для нормального функционирования сердечной мышцы и возбудимости нервной системы.

Недостаток кальция в пище приводит прежде всего к нарушению процессов окостенения, которое у детей проявляется в виде рахита, а у взрослых – остеомаляции. Повышается заболеваемость кариесом.

Потребность в кальции нормируется (табл.8.2,8.3). В сутки взрослые люди должны получать не менее 800 мг (11,4-13,3 мг/кг массы), а беременные и кормящие женщины – дополнительно 300-400 мг.

Потребность детей в кальции высока (табл.8.3.). При расчете на единицу массы тела она превышает потребность взрослых в среднем в возрасте 0-3 месяца - в 10 раз, 4-6 мес. – в 5 раз, 1-3 года – 4 раза, 4-6 лет – 3-3,5 раза, 7-10, 11-13 лет – 2-2,5 раза, 14-17 лет – 1,4-1,5 раза.

Усвоение кальция ухудшается при наличии в пище больших количеств фосфора, магния, калия, щавелевой и инозитфосфорной кислот, которые образуют нерастворимые соединения с Са, плохо всасывающиеся в кишечнике. Поэтому большое значение имеет количественное соотношение между Са, Р и Мg в пище. Оптимальным считается соотношение Са : Р=1:1,5, а кальция и магния – 1:0,5.

У детей в возрасте от 1 до 6 месяцев в качестве оптимального предлагается соотношение Са : Р=1,5 : 1, от 6 до 12 месяцев – соответственно 1,3 : 1, в возрасте 1 год и старше 1 : 1.

Существенное влияние на процессы усвояемости кальция оказывает также как избыток, так и недостаток жиров.

Основными источниками кальция являются молоко, сыр, творог, брынза, сметана, простокваша, яйца, икра. Полностью обеспечить суточную потребность организма в кальции могут 500 мл молока и 100 г сыра. Сравнительно богаты кальцием бобовые, овсяная и гречневая крупы, капуста, абрикосы, грецкие орехи, миндаль. Благоприятное соотношение между кальцием и фосфором в молоке, молочных продуктах, капусте, яблоках. В других продуктах значительно преобладает фосфор.

Фосфор входит в состав различных соединений в организме, которые участвуют во многих обменных процессах. Органические соединения фосфора (АТФ, АДФ, АМФ и др.) являются аккумуляторами энергии, образующейся в процессе биологического окисления. Фосфор в больших количествах содержится в костной, мышечной и нервной тканях; вместе с кальцием он составляет основу костной ткани. Фосфор играет особую роль в обменных процессах, протекающих в нервной и мышечной тканях.

Потребность в фосфоре для взрослых составляет 1200 мг, для детей - зависит от возраста (табл.8.2.,8.3.)

В наибольшем количестве фосфор содержится в сыре, твороге, яйцах, икре, гречневой и овсяной крупах, бобовых, рыбе. Усвояемость фосфора зависит от содержания в пище кальция и белка. Хуже усваивается фосфор злаков, так как в них он находится в виде плохо всасывающейся фитиновой кислоты.

Магний участвует в передаче нервного возбуждения и регуляции возбудимости нервной системы, тесно связан с обменом кальция. Являясь антагонистом кальция, магний при избыточном поступлении в организм вытесняет кальций из его соединений, а при недостатке в пище способствует усиленному отложению кальция в стенках артерий, сердце, мышцах

Суточная потребность в магнии составляет 400 мг, при этом наиболее благоприятным является соотношение Ca и Мg 1: 0,5

Основными источниками магния являются хлеб, горох, фасоль, различные крупы.

Железоявляется важнейшим минеральным элементом, входит в состав гемоглобина и различных гемсодержащих белков и ферментов. Недостаток железа приводит к развитию железодефицитной анемии, а также нарушениям ферментативных процессов, связанных с переносом и использованием кислорода. Суточная потребность в железе составляет для мужчин 10 мг, для женщин – 15 мг. Более высокая потребность женщины в железе объясняется тем, что женщина теряет значительное количество железа при беременности, родах, лактации, менструальных кровотечениях.

У детей потребность в железе различна в разные возрастные периоды (табл.8.3.): от 4-7 мг в первые 6 месяцев жизни до 15 мг в 14-17 лет, при этом относительная потребность детей в железе наиболее высока в грудном возрасте (1,0-0,9 мг/кг массы тела), преддошкольном (0,7-0,8 мг/кг) и дошкольном (0,5-0,6 мг/кг) возрастах, тогда как у взрослых она составляет 0,14-0,25 мг/кг.

Железо содержится в различных пищевых продуктах – мясе, печени, почках, яйцах, хлебе, бобовых и соевых, овсяной крупе, персиках, яблоках, черносливе, укропе, салате, петрушке и др.

Однако следует учитывать, что более высокой биологической доступностью железа отличается пища, богатая продуктами животного происхождения. Так, из мяса всасывается 12-18% железа, из печени 5-11%, тогда как из растительных продуктов – лишь 1-2%. Кроме того, всасывание железа уменьшают фосфаты и фитаты. Указанное нужно учитывать при необходимости повысить содержание железа в пищевом рационе.

Цинк. Биологическая активность цинка объясняется тем, что он входит в состав важнейших ферментов, участвующих в самых различных метаболических процессах, включая синтез и распад углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот: щелочной фосфатазы, карбоангидразы, нуклеотидилтрансфераз, карбоксипептидаз, альдолазы и др. Цинксодержащие ферменты относятся ко всем шести известным классам, но в наибольшем количестве они представлены в классе гидролаз.

Цинк является необходимым фактором для процессов роста, развития и полового созревания, обеспечения репродуктивной функции, иммунного ответа, нормального кроветворения, вкуса и обоняния, заживления ран. Цинк-дефицитные состояния, связанные с недостаточным содержанием цинка в пище, относительно редки и возникают при преимущественном углеводистом питании, состоящем в основном из бездрожжевого хлеба, приготовленного из цельной пшеницы. При этом нарушается всасывание цинка вследствие образования с фитиновыми веществами и клетчаткой пшеницы нерастворимых комплексов. Усвоение цинка снижается также при избытке в рационе кальция, меди, кадмия и фосфатов.

Вторичная цинкдефицитная патология связана с нарушением всасывания цинка в тонком кишечнике при синдроме мальабсорбции, а также при повышенных потерях цинка, обусловленных сахарным диабетом, гестозами, тяжелыми ожогами и др.

Алиментарная недостаточность цинка приводит к резкому замедлению роста, гепатоспленомегалии, карликовости, половому недоразвитию с почти полным отсутствием оволосения. Нарушается клеточный иммунитет, замедляется заживление ран, снижаются и извращаются обоняние и вкус. Недостаточность цинка у беременных может привести к порокам развития плода и новорожденных: гидроцефалии, микро- и анофтальмии, расщеплению неба, образованию грыж.

Потребность в цинке составляет от от 3-4 мг в сутки в грудном возрасте до 12-15 мг у детей 14-17 лет и 15 мг в сутки у взрослых (табл. 8.2., 8.3.). Так же, как и по другим питательным веществам, потребность в цинке наиболее высока у новорожденных и детей до 1 года. Цинк содержится во многих растительных и животных продуктах, Наиболее богаты им злаки и бобовые (до 10 мг%), отруби. Из животных продуктов высоким содержанием цинка отличаются мясо (в среднем 2,5 мг%), рыба (1 мг%), яйца (1,1 мг%).

Йод является микроэлементом, входящим в состав тиреодных гормонов. Недостаточность йода в организме приводит к угнетению функции щитовидной железы, нарушению биосинтеза тироксина и развитию эндемического зоба. Длительный дефицит йода может быть фактором риска развития рака щитовидной и молочной желез, а в детском возрасте - кретинизма. У детей, проживающих в эндемичных по йоду районах, наблюдаются отклонения в физическом и умственном развитии, нарушение процессов окостенения и полового созревания.

Физиологическая потребность в йоде у детей составляет от 0,04-0,05 мг в сутки в грудном возрасте до 0,10-0,13 мг в 11-13 и 14-17 лет соответственно (табл.8.3.). У взрослого человека абсолютные величины потребности в йоде выше, чем у детей (0,15 мг), но при расчете на кг массы потребность оказывается ниже - 0,0021 мг/кг массы.

Богатыми йодом источниками являются морская рыба, водоросли и другие продукты моря. Содержание йода в сухой ламинарии составляет до 800 мг%, сухой морской капусте - до 220 мг%. Много йода в рыбьем жире - до 770 мкг%. Однако эти продукты не являются продуктами ежедневного потребления, поэтому потребность в йоде до 90% удовлетворяется (табл. 8.7.) за счет продуктов растительного (зерновые, овощи, картофель, фрукты) и животного происхождения (мясо, молоко, яйца). Поступление с водой особого значения не имеет. В йоддефицитных регионах используют обогащение продуктов (преимущественно, поваренной соли) йодом.

Медь является одним из важнейших микроэлементов. Она входит в состав около десятка медьсодержащих ферментов, участвующих в регуляции окислительно-восстановительных реакций клеточного дыхания, окислении лизина, перекисном окислении липидов, синтезе катехоламинов, процессах гемоглобинообразования. В числе этих ферментов церулоплазмин, при участии которого происходит окисление железа, биогенных аминов и транспорт меди, дофамин-b-гидроксилаза, гидроксилирующая дофамин - предшественник катехоламинов; цитохром-с-оксидаза, катализирующая конечные реакции тканевого дыхания, аминооксидазы, окисляющие первичные амины и др.

Человек потребляет медь с пищей в количестве 2-5 мг в сутки, что значительно превышает его физиологические потребности (табл.8.8.), однако васывается лишь около половины этого количества, остальное выделяется с калом, т.е., у здорового человека обмен меди характеризуется "медным" равновесием.

В отсутствие генетических нарушений клинически значимая недостаточность меди наблюдается редко - при квашиоркоре, стойкой диарее у детей, связанной с исключительно молочной диетой, полном парентеральном питании, избыточном потреблении солей цинка.

Избыточное поступление меди возможно при употреблении кислых продуктов, хранившихся в медной посуде, использовании меди в зубных протезах, а также при контакте с медьсодержащими соединениями на производстве. При этом чаще всего наблюдаются диспептические явления, а при профессиональном воздействии -"медная" лихорадка, развитие пневмокониоза.

Потребность в меди у детей в мг/кг массы также, как и в других микроэлементах, наиболее высока в грудном возрасте - в 4-5 раз выше, чем у взрослых. Затем она постепенно снижается, но даже в юношеском возрасте остается более высокой, чем у взрослых, потребность которых составляет 1,5-3 мг в сутки (табл.8.8.).

Источниками меди являются как животные, так и растительные продукты, в которых она содержится в небольших количествах: мясо- 96-238 мкг%, яйца -83-140 мкг%, молоко - 12-20 мкг%, злаковые - 290-600мкг%, овощи - 47-150 мкг% (табл. 8.7.).

Марганец для живых организмов имеет жизненно важное значение. Он входит в состав аргиназы, пируваткарбоксилазы и Мn-супероксиддисмутазы, а также активирует целый ряд ферментов: дегидрогеназы лимонной и яблочной кислот, фосфатазы, РНК-нуклетидилтрансферазы и ДНК-нуклетидилтрансферазы и др.

Марганец участвует в формировании костной и соединительной тканей, что связано с активацией им фосфатаз и синтеза кислых гликозаминов в матрице кости. В организме человека наиболее высокие концентрации марганца отмечаются в трубчатых костях, ребрах. При избыточном поступлении марганца повышается его концентрация в костях и в них развиваются изменения, идентичныерахиту - "марганцевый рахит". Дефицит марганца у птиц и животных приводит к нарушению костеообразования.

Для марганца характерны выраженные липотропные свойства, в наибольшей степени проявляющиеся при низком содержании холина. Участие марганца в обмене липидов связано с активацией им фермента, катализирующего процессы синтеза предшественников холестерина. Марганец необходим также для нормальной секреции инсулина, так как процессы глюконеогенеза катализируются пируваткарбоксилазой, в состав простетической группы которой он входит. Недостаток марганца может явиться диабетогенным фактором.

Таблица 8.7.

Содержание микроэлементов в некоторых пищевых продуктах, мкг/100г

Таблица 8.8.

Безопасные уровни потребления микроэлементов (в сутки)

Важным является воздействие марганца на обмен катехоламинов. Избыточное поступление марганца в основном профессионального характера может приводить к развитию марганцевого паркинсонизма за счет нарушения синтеза предшественников катехоламинов. При недостатке марганца обнаруживается склонность к судорогам.

Марганец оказывает влияние и на процессы кроветворения, а также половые железы и связанные с их деятельностью процессы полового созревания, репродукцию и потенцию. Так, у животных, получавших пищу, обедненную марганцем, наблюдались снижение репродуктивной функции, замедление процессов роста, развитие анемии, а у людей, подвергавшихся длительному воздействию повышенных концентраций марганца в производственных условиях, развиваются гипофункция половых желез, снижение потенции, нарушение вынашивания беременности и др.

Безопасные уровни потребления марганца колеблются от 0,3-0,6 мг в сутки в грудном возрасте (табл. 8.8.) до 2,0-5,0 мг в возрасте 11 и старше лет и у взрослых.

Содержание марганца в продуктах питания, как правило, достаточно для обеспечения потребности организма. В связи с этим у человека почти не встречается заболеваний, связанных с алиментарным недостатком марганца.

Основным источником марганца в питании человека являются растительные продукты - пшеница, рис, бобовые, петрушка, укроп, свекла, тыква, малина, где содержание марганца колеблется от 35 до 5000 мкг%. Особенно богаты марганцем кофе и чай (150-200 мг/кг). Животные продукты содержат его мало - 3-40 мкг% (табл.8.7.), за исключением печени, почек, некоторых видов рыб, в которых содержание марганца составляет 50-150 мкг%.

Хромявляется биологически активным элементом. Он входит в состав ферментных систем, участвует в обмене нуклеиновых кислот. В составе низкомолекулярного комплекса, получившего название фактора толерантности к глюкозе, хром усиливает действие инсулина во всех метаболических процессах, регулируемых этим гормоном.

Введение хрома в рацион у детей с белково-энергетической недостаточностью восстанавливает нормальную толерантность к глюкозе, а также уменьшает потребность в инсулине у ряда больных диабетом. Недостаток хрома может привести к снижению толерантности к глюкозе, гипергликемии и глюкозурии.

Хром играет также определенную роль в липидном обмене и его дефицит может способствовать развитию атеросклероза. При йодной недостаточности хром способен замещать йод в тиреоидных гормонах. Так, отмечено, что у людей, проживающих в йоддефицитных биогеохимических провинциях, накапливается значительно большее, чем в норме, количество хрома.

Избыточное поступление хрома в основном имеет место в производственных условиях и проявляется общетоксическим, нефро- и гепатотоксическим, канцерогенным и аллергизующим действием.

Потребность в хроме на порядок ниже, чем потребность в описанных выше микроэлементах (табл. 8.8.). Безопасный уровень потребления хрома в грудном возрасте составляет 14-60 мкг, у детей более старшего возраста и взрослых - 50-200 мкг.

Наибольшее количество хрома содержится в пекарских дрожжах, печени, пшеничной муке грубого помола, мясе, птице (табл. 8.7.).

Молибден. Роль молибдена в обмене веществ обусловлена включением его в состав нескольких ферментов: ксантиноксидазы, катализирующей окисление ксантина и гипоксантина с образованием мочевой кислоты, сульфитоксидазы, превращающей сульфит в сульфат и альдегидоксидазы.

При избытке молибдена в пище в результате интенсивного распада пуринов образуется большое количество мочевой кислоты, которое не успевает выводиться почками и накапливается в суставах и сухожилиях мышц - развивается "молибденовая подагра". Это заболевание носит эндемический характер в биогеохимических провинциях, характеризующихся высоким содержанием молибдена и дефицитом меди.

Длительное потребление избыточных количеств молибдена приводит к нарушению фосфорнокальциевого обмена, деформации костей, угнетению активности сульфитоксидазы и накоплению большого количества сульфитов в тканях.

Безопасные уровни потребления молибдена у детей от 15-30 мкг в 0-5 лет до 75-250 мкг в 11 лет и старше, у взрослых – 75-250 мкг. Лучшими натуральными источниками молибдена являются темно-зеленые листовые овощи, свекла, малина, смородина, укроп, фасоль, овсяная крупа (табл.8.7.).

4.5. Витамины.Общие сведения. Витамины являются в большинстве своем незаменимыми пищевыми веществами, так как не синтезируются в организме или синтезируются в недостаточном количестве. Обладая исключительно высокой биологической активностью, они выполняют преимущественно каталитические функции и требуются организму в очень небольших количествах.

Различают водорастворимые, жирорастворимые витамины и витаминоподобные соединения (табл. 8.9.), при этом ряд витаминов представлен не одним, а несколькими соединениями, обладающими сходной биологической активностью, например, группа вит.В₆ включает пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин (табл.8.9.) и т.п.

На потребность в витаминах влияют различные факторы: возраст, физиологическое состояние, выполняемая работа и др. Она существенно возрастает в условиях жизни на Севере, при физической нагрузке, нервно-психическом напряжении, сильном перегревании, лихорадочных состояниях, действии токсических агентов и др.

При недостаточном поступлении витаминов возникают явления гиповитаминоза, а при выраженном дефиците развивается авитаминоз. Наряду с дефицитом одного какого-либо витамина более часто встречаются полигиповитаминозы, хотя и в этих условиях одна из витаминных недостаточностей является ведущей, а остальные - сопутствующими. Основная причина гипо- и авитаминозов - недостаточное поступление витаминов с пищей, развивающиеся при этом гипо- и авитаминозы называются первичными, или экзогенными.

Однако дефицит витаминов может наблюдаться и при достаточном содержании их в пище, но в связи с нарушением усвоения организмом или же резким повышением потребности, т.е., развиваются вторичные, или эндогенные гиповитаминозы. Могут быть и врожденные, генетически обусловленные нарушения обмена веществ и функции витаминов.

Поступление в организм витаминов в больших дозах может приводить к развитию гипервитаминозов. Чаще они связаны с передозировкой вит.А и Д в детской практике, или же употреблением продуктов, содержащих в большом количестве эти витамины. Возможны случайные отравления при приеме высококонцентрированных препаратов этих витаминов, предназначенных для специальных целей, например, в качестве микродобавки к корму животных и птиц. Прием больших количеств (более 1г в сутки) синтетического препарата вит.С для профилактики простудных заболеваний и гриппа может повлечь за собой развитие гипервитаминоза С.

Водорастворимые витамины Витамин С. Биологическая роль аскорбиновой кислоты в организме связана в основном с окислительно-восстановительным действием. Являясь сильным восстановителем и обратимо окисляясь и легко восстанавливаясь, аскорбиновая кислота и ее окисленная форма - дегидроаскорбиновая кислота функционируюткак внутриклеточная окислительно-восстановительная система. При участии вит.С окисляются аминокислоты фенилаланин и тирозин, а также стимулируется образование дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Важную роль играет вит.С играет в поддержании нормального состояния стенок капилляров и сохранении их эластичности, так как стимулирует переход проколлагена в коллаген. Аскорбиновая кислота способствует также выработке антител, активирует действие протеолитических ферментов, что повышает фагоцитарную активность лейкоцитов. Тем самым обеспечивается повышение сопротивляемости к инфекциям и воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды.

Таблица 8.9.