Мікроелементи

Мікроелементи, хімічні елементи, присутні в організмах в низьких концентраціях (зазвичай тисячні долі відсотка і нижче). Термін «М-коду.» застосовується і для позначення деяких хімічних елементів, що містяться в грунтах, гірських породах, мінералах, водах. Точні кількісні критерії для розрізнення М. від макроелементів не встановлені. Деякі макроелементи грунтів і гірських порід (Al, Fe і ін.) є М. для більшості тварин, рослин людини.

  В живих організмах окремі М. були виявлені ще в початку 19 ст, але їх фізіологічне значення залишалося невідомим. Ст І. Вернадський встановив, що М. не випадкові компоненти живих організмів і що їх розподіл в біосфері визначається рядом закономірностей. За сучасними даними більше 30 М. вважаються необхідними для життєдіяльності рослин і тварин. Більшість М. — метали (Fe, Cu, Mn, Zn, Мо, З і ін.), деякі — неметали (I, Se, Br, F, As).

  В організмі М. входять до складу всіляких біологічно активних з'єднань: ферментів (наприклад, Zn — в карбоангидразу, Cu — в поліфенолоксидазу, Mn — в аргіназу, Мо — в ксантіноксидазу; всього відомо близько 200 металлоферментов), вітамінів (З — в склад вітаміну B ₁₂ ), гормонів (I — в тіроксин, Zn і З — в інсулін), дихальних пігментів (Fe — в гемоглобін і інші залізовмісні пігменти, Cu — в гемоціанин). Дія М., що входять до складу вказаних з'єднань або впливають на їх функції, виявляється головним чином в зміні активності процесів обміну речовин в організмах. Деякі М. впливають на зростання (Mn, Zn, I — у тварин; У, Mn, Zn, Cu — в рослин), розмноження (Mn, Zn — у тварин; Mn, Cu, Мо — в рослин), кровотворення (Fe, Cu, З), на процеси тканинного дихання (Cu, Zn), внутріклітинного обміну і так далі Для ряду виявлених в організмах М. (Sc, Zr, Nb, Au, La і ін.) невідомий їх кількісний розподіл в тканинах і органах і не з'ясована біологічна роль.

  М. в грунтах входять до складу різних з'єднань, велика частина яких представлена нерозчинними або труднорастворімимі формами і лише невелика — рухливими формами засвоюваними рослинами. На рухливість М. і їх доступність рослинам великий вплив роблять кислотність грунту, вологість, вміст органічної речовини і інші умови. Вміст М. в грунтах різних типів неоднаково. Наприклад, рухливими формами В і Cu багаті чорноземи (0,4—1,5 і 4—30 міліграм в 1 кг грунту) і бідні дерново-підзолисті (0,02—0,6 і 0,1—6,7 міліграм в 1 кг ) , недолік Мо відчувається в легенях, З — в кислих дерново-підзолистих грунтах, Mn — в чорноземах, Zn — в бурих і каштанових. Недолік або надлишок М. в грунті приводить до дефіциту або надлишку їх в рослинному і тваринному організмі. При цьому відбуваються зміни характеру накопичення (депонування), ослабіння або посилення синтезу біологічно активних речовин, перебудова процесів проміжного обміну, вироблення нових адаптацій або розвиваються розлади, що ведуть до т.з. ендемічним захворюванням людини і тварин. Так ендемічна атаксія у тварин викликається недоліком Cu, деяким надлишком Мо і сульфатів, можливо, також Pb; ендемічний зоб у людини і тварин — недоліком I; акобальтози — браком З в грунті; борні ентерити, ускладнені пневмоніями (у овець), — надлишком Ст В різних біогеохімічних провінціях ендемічними захворюваннями приголомшуються зазвичай 5—20 % поголів'я з.-х.(сільськогосподарський) тварин або популяції того або іншого вигляду. Для рослин також шкідливий недолік або надлишок М. Наприклад, при недоліку Мо пригнічується утворення квіток в цвітної капусти і в деяких бобів; при недоліку Cu порушується плодообразованіє в злаків, цитрусових і інших рослин; при недоліку В — недорозвинене квітколоже, відсутнє цвітіння (арахіс), відмирають бутони (яблуня, груша), засихають суцвіття (виноград) і плоди (арахіс, капуста); при надлишку В рослини приголомшуються гниллю кореневої шийки, захворюють хлорозом, масового поширення набуває утворення галлів.

  В провінціях, де концентрація окремих М. не досягає нижніх порогових кордонів, ендемічні хвороби удається запобігати і виліковувати додаванням в корм тварин відповідних М.; для рослин застосовують мікродобрива .

  В годуванні з.-х.(сільськогосподарський) тваринних М. використовують також для підвищення продуктивності з.-х.(сільськогосподарський) тварин. Соли М. або водні розчини додають до силосу, концентрованих і грубих корм. М. — компоненти багатьох комбікормів, що випускаються комбікормовою промисловістю. Див. також Біогенні елементи і статті по окремих елементах, наприклад Бор в організмі, Йод в організмі, Молібден в організмі і ін.

  Літ.: Винограду А. П., Геохімія рідких і розсіяних хімічних елементів в грунтах, 2 видавництва, М., 1957; Шоу Д. М., Геохімія мікроелементів кристалічних порід, пер.(переведення) з франц.(французький), Л., 1969; Школяр М. Я., Значення мікроелементів в житті рослин і в землеробстві, М. — Л., 1950; Каталимов М. Ст, Мікроелементи і мікродобрива, М. — Л., 1965; Евдокимов П. Д., Артемьев Ст І., Вітаміни, мікроелементи, біостимулятори і антибіотики в тваринництві, Л., 1967; Берзінь Я. М., Самохин Ст Т., Мікроелементи в тваринництві, М., 1968; Ковальський Ст Ст, Андріанова Р., А., Мікроелементи в грунтах СРСР, М. 1970; Ковальський Ст Ст, Раєцкая Ю. І., Грачева Т. І., Мікроелементи в рослинах і кормах, М., 1971; Жізневськая Р. Я., Мідь, молібден і залізо в азотному обміні бобових рослин, М., 1972.

  А. Р. Вальдман, Р. Я. Жізневськая.

  Основне джерело вступу М. в організм людини — харчові продукти рослинного і тваринного походження. Питна вода покриває лише 1—10 % добовою потреби в таких М., як I, Cu, Zn, Mn, З, Мо, і лише для окремих М. (F, Sr) служить головним джерелом. Вміст різних М. в харчовому раціоні залежить від геохімічних умов місцевості, в якій були отримані продукти, а також від набору продуктів, що входять в раціон. У сучасній практиці для населення розвинених країн характерне включення в раціон всіляких продуктів живлення, значна частина яких виробляється далеко від місця вжитку, зважаючи на що ліквідовуються умови, сприяючі дії на людину геохімічних особливостей місцевості. Лише два М. можуть бути достовірно названі як етіологічний чинник ендемічних захворювань людини — I, недолік якого сприяє поширенню зобу ендемічного, і F, при надлишку якого виникає флюороз, а при недоліку — карієс .

  Для F визначальним джерелом потрапляння в організм є вода, для I — молоко і овочі, тобто продукти, які, як правило, виробляються в районі мешкання ураженого населення. Основним «постачальником» в раціон більшості інших найважливіших М. є хлібопродукти.

  М. розподіляються в організмі нерівномірно. Підвищене їх накопичення в тому або іншому органі значною мірою пов'язане з фізіологічною роллю елементу і специфічною діяльністю органу (наприклад, переважне накопичення Zn в статевих залозах і його вплив на відтвірну функцію); у інших випадках М. впливає на органи і функції, не пов'язані з местомом його накопичення в організмі.

  З віком вміст багатьох М. (Al, Ti, Cl, Pb, F, Sr, Ni) збільшується, причому в період зростання і розвитку це наростання йде порівняно швидко, а до 15—20 рокам сповільнюється або припиняється. Є дані, що вміст З, Cu, Ni в крові і Sr в скелеті у віці 50—60 років стає декілька нижче, ніж в 20—25 років. Абсолютні рівні вмісту М. в органах і тканинах можуть істотно вагатися залежно від місця проживання, постійних харчових раціонів і інших причин, що визначають рівень вступу і накопичення даного М., а також залежно від індивідуальних особливостей організму. Встановлено, що концентрація в крові деяких елементів постійно підтримується на порівняно стабільному рівні (З 4—8 мкг %, Cu 80—140 мкг %, Fe 45—60 мкг %) , інші ж М. (Sr, Pb, F) не піддаються подібній регуляції, і їх вміст в крові може помітно вагатися залежно від рівня вступу елементу в організм. У крові більшість М. знаходяться в зв'язаному з білками стані — Cu у вигляді купропротєїдов і церулоплазміну, Zn — в вигляді вугільної ангидрази, З — як компонент вітаміну В ₁₂ і у формі, пов'язаній з білком, Fe — у вигляді сидерофілліна. Деякі елементи знаходяться в крові в іонному стані, наприклад Li; близько 50 % Sr і F входять в мінеральні структури кісті, емалі і дентину.

  За значенням для життєдіяльності організму М. розділяють на необхідних (З, Fe, Cu, Zn, Mn, I, F, Br) і ймовірно необхідних (Al, Sr, Мо, Se, Ni); роль Bi, Ag та інші М., що закономірно виявляються в тканинах, залишається невиясненою.

  Функції М. в організмі вельми відповідальні і багатообразні. Фізіолого-гігієнічну характеристику найважливіших М. див.(дивися) в таблиці., де представлені ефекти т.з. біотічеських кількостей М. (тобто кількостей, що зустрічаються в природі); усередині цих меж дія одного і того ж елементу може істотно мінятися. Наприклад, малі кількості Мn стимулюють кровотворення і іммунореактівность, великі — пригноблюють. При збільшенні концентрації F в питній воді до 1—1,5 міліграм/л захворюваність карієсом знижується, а при перевищенні 2—3 міліграма/л розвивається флюороз і так далі В організмі взаємодія наголошується і між самими М. (З ефективно діє на кровотворення лише за наявності в організмі достатніх кількостей Fe і Cu; Mn підвищує засвоєння Cu, Cu по деяких ефектах є антагоністом Мо; F впливає на метаболізм Sr і т. п.).

  Використання М. в клінічній медицині доки носить обмежений характер. Ефективно застосовуються в боротьбі з деякими видами анемій препарати З, Fe, Cu, Mn. Як фармакологічні засоби в клініці використовують також Br і I. В області вживання М. значительни успіхи гігієни: йодування солі або хліба для профілактики ендемічного зобу, фторування води для зниження захворюваності карієсом. У випадках, коли F в природних водах багато, експлуатуються дефторірующие установки.

Основні фізіолого-гігієнічні характеристики найважливіших незамінних мікроелементів

  Літ.: Войнар А. О., Біологічна роль мікроелементів в організмі тварин і людини, 2 видавництва, М., 1960; Мікроелементи, [сб. ст.], пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1962; Мікроелементи в сільському господарстві і медицині, До., 1963; Бабенко Р. А., Мікроелементи в експериментальній і клінічній медицині, До., 1965; Шустов Ст Я., Мікроелементи в гематології, М., 1967; Азізов М. А., Про комплексні з'єднання деяких мікроелементів з біоактивними речовинами, 2 видавництва, Таш., 1969; Коломійцева М. Р., Габовіч Р. Д., Мікроелементи в медицині, М., 1970 (літ.).

  Ст А. Книжників.