Микроэлементы в организме и природе¶
Микроэлементы — химические элементы, содержащиеся в живых организмах и природных средах в крайне малых концентрациях (обычно менее 0,001 % массы). В отличие от макроэлементов (кислород, углерод, водород, азот, кальций, калий, фосфор и других), чья доля измеряется процентами, микроэлементы присутствуют в виде следов, но при этом выполняют незаменимые физиологические и биохимические функции. К микроэлементам относят железо, цинк, медь, марганец, йод, селен, кобальт, молибден, хром, фтор и ряд других.
¶Классификация
Единая классификация микроэлементов остаётся предметом дискуссий, поскольку границы между группами условны. Наиболее распространённые подходы:
- По физиологической роли: эссенциальные (жизненно необходимые — железо, цинк, медь, йод, селен, кобальт, марганец, молибден), условно эссенциальные (бор, кремний, ванадий, никель) и токсичные (свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, алюминий).
- По химическим свойствам: металлы (железо, цинк, медь) и неметаллы (йод, селен, фтор, бром).
- По биологической функции: элементы, входящие в состав ферментов и коферментов; элементы, участвующие в транспорте кислорода; элементы, влияющие на структуру костной ткани и другие.
Отдельно выделяют ультрамикроэлементы — вещества, присутствующие в концентрациях порядка 10⁻⁶–10⁻¹² %. К ним относят золото, серебро, платину, уран, титан.
¶Биологическая роль
Микроэлементы участвуют практически во всех ключевых процессах жизнедеятельности:
| Элемент | Основные функции | Источники |
|---|---|---|
| Железо | Транспорт кислорода (гемоглобин), ферменты дыхательной цепи | Мясо, печень, бобовые, гречка |
| Цинк | Иммунитет, синтез белка, заживление тканей | Мясо, морепродукты, орехи |
| Медь | Кроветворение, антиоксидантная защита | Печень, морепродукты, какао |
| Йод | Синтез гормонов щитовидной железы | Морская капуста, рыба, йодированная соль |
| Селен | Антиоксидант, работа щитовидной железы | Бразильский орех, рыба, зерновые |
| Фтор | Прочность зубной эмали | Вода, рыба, чай |
Дефицит или избыток любого из них приводит к нарушениям обмена веществ. Например, недостаток йода вызывает эндемический зоб, железа — железодефицитную анемию, цинка — задержку роста и снижение иммунитета. Избыток меди, фтора или селена токсичен.
¶Микроэлементы в почвах и растениях
Растения поглощают микроэлементы из почвенного раствора. Их доступность зависит от кислотности почвы, содержания органики и гранулометрического состава. В агрономии различают микроудобрения — борные, молибденовые, цинковые, медные, марганцевые. Их применение повышает урожайность и качество продукции. В России микроудобрения широко используются в Нечерноземье, где почвы часто бедны бором, медью и цинком.
¶Биогеохимические провинции
Основы учения о биогеохимических провинциях заложил российский учёный Владимир Вернадский и его ученик Александр Виноградов. Провинция — территория с характерным уровнем содержания химических элементов в почвах, водах и организмах. Примеры:
- Йододефицитные районы — значительная часть территории России, особенно горные и предгорные области.
- Селенодефицитные зоны — встречаются в Забайкалье, на Дальнем Востоке.
- Провинции с избытком фтора — отдельные районы Урала и Сибири, где наблюдается флюороз.
Знание биогеохимии позволяет планировать профилактику эндемических заболеваний.
¶Применение в медицине и промышленности
В медицине микроэлементы используются как компоненты витаминно-минеральных комплексов, при лечении анемий, заболеваний щитовидной железы, остеопороза. Методы определения микроэлементов в биосубстратах (кровь, волосы, ногти) — атомно-абсорбционная спектрометрия, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой — позволяют диагностировать дисбаланс.
В промышленности микроэлементы применяются в металлургии (легирующие добавки), электронике (полупроводники), сельском хозяйстве (микроудобрения, премиксы для животных), производстве стекла и керамики.
¶Обеспеченность населения
По данным Всемирной организации здравоохранения, дефицит микроэлементов затрагивает до двух миллиардов человек. В России наиболее распространены недостаток йода, железа, цинка и селена. Государственные программы включают йодирование соли, обогащение муки железом, выпуск продуктов с добавками микроэлементов. Профилактика дефицита строится на сбалансированном питании, использовании обогащённых продуктов и, при необходимости, приёме препаратов под контролем врача.
¶Интересные факты
- Железо в организме взрослого человека составляет около 4–5 граммов, большая часть — в гемоглобине.
- Селен открыт в 1817 году Йёнсом Якобом Берцелиусом; его биологическая роль выяснена лишь в XX веке.
- Кобальт входит в состав витамина B₁₂, синтезируемого микроорганизмами.
- В организме человека обнаружено более 70 химических элементов, но лишь около 20 считаются эссенциальными.
Источники: Виноградов А. П. «Биогеохимические провинции»; Вернадский В. И. «Биосфера»; Авцын А. П. и соавторы «Микроэлементозы человека»; материалы Всемирной организации здравоохранения.