Минеральные элементы щелочного и кислотного характера. Минеральные элементы в жизни человека. Трудноусвояемый элемент: что препятствует усвоению кальция

Дата добавления: 2013-11-13

Роль кальция в организме человека

Кальций влияет на процессы сократимости мышц, участвует в процессах свертывания крови и уменьшает проницаемость стенок сосудов, влияет на кислотно-щелочное состояние организма, активирует ряд ферментов, воздействует на функции эндокринных желез . Одновременно кальций оказывает противовоспалительное и десенсибилизирующее действие, снижая проявления аллергии , повышает защитные силы организма. Кроме того, ионы кальция поддерживают сократительную способность сердечной мышцы, а также усиливают действие вазопрессина - гормона, регулирующего тонус сосудов.

Трудноусвояемый элемент: что препятствует усвоению кальция

К сожалению, кальций относится к трудноусвояемым элементам . В составе пищевых продуктов кальций находится в виде плохорастворимых или совершенно нерастворимых в воде соединений. Под влиянием кислого желудочного содержимого часть нерастворимых соединений кальция все-таки переходит в растворимые. Однако щелочная среда тонкого кишечника опять приводит к образованию трудноусвояемых соединений кальция, и только воздействие на них желчных кислот, сопровождающееся образованием комплексных соединений, позволяет снова перевести кальций в усвояемое состояние.

Всасывание кальция в основном происходит в верхнем отделе тонкого кишечника в виде одноосновных солей фосфорной кислоты. Поэтому такие заболевания, как анацидный гастрит , энтериты, снижение секреции поджелудочной железы, плохое желчеотделение приводят к нарушению всасывания кальция. Снижению усвоения кальция способствует и несбалансированное питание, в том числе избыток жира, в особенности содержащего много насыщенных жирных кислот (баранье, говяжье сало, кулинарные жиры). Напротив, достаточное содержание в пище ненасыщенных жирных кислот улучшает всасывание кальция. Всасывание кальция зависит также и от соотношения в пище данного элемента с магнием и фосфором . При одинаковом механизме усвоения кальция и магния, избыток последнего связывает в кишечнике часть жирных и желчных кислот, необходимых для утилизации кальция.

Оптимальным соотношением кальция и магния в продуктах является 1:0,6 . В хлебе, крупах, мясе и картофеле отношение кальция к магнию в среднем 1:2, в молоке - 1:0,1, твороге - 1:0,15, треске - 1:0,6, во многих овощах и фруктах - 1:4,5. Оптимальным для усвоения кальция его соотношение к фосфору должно быть 1:1,5 для взрослых (по некоторым данным - 1:1), 1,25:1 - для детей и 1,5:1 - для грудных детей. При этом, подбирая рацион, необходимо иметь в виду, что отношение кальция к фосфору в коровьем молоке равно 1:0,75, твороге - 1:1,4, сыре - 1:0,52, говядине - 1:22, яйцах куриных - 1:3,4, треске - 1:7, фасоли - 1:3,6, хлебе пшеничном - 1:4, картофеле и овсяной крупе - 1:6, капусте и яблоках - 1:0,7, моркови - 1:1.

Современные исследования подтверждают жизненную важность минеральных элементов. Выявлены новые стороны их биологического действия, что позволило выделить большую группу биологически активных веществ - биомикроэлементов. Изучение минеральных веществ как необходимой составной части питания тесно связано с предупреждением распространения и ликвидацией ряда эндемических заболеваний: эндемического зоба, флюороза, кариеса, стронциевого рахита и др.

Физиологическое значение минеральных элементов в основном определяется их участием в образовании структур и осуществлении функции большинства ферментных систем и пластических процессах, протекающих в организме, в построении тканей организма, особенно костной ткани, в поддержании кислотно-основного состояния в организме и нормального солевого состава крови, в нормализации водно-солевого обмена.

Минеральные элементы щелочного характера (катионы). Кальций является наиболее распространенным минеральным элементом, который содержится в организме человека в количестве 1500 г. Около 99% кальция находится в костях, что придает им особую прочность. Кальций является постоянной составной частью крови, входит в состав ядра и протоплазмы клеток, участвует в процессах свертывания крови и стимулирует сократительную способность сердечной мышцы. Кальций трудно усваивается; всасываемость его повышается в присутствии белка и лактозы, чем и объясняется хорошая усвояемость кальция молока и молочнокислых продуктов. Снижается усвояемость кальция при избыточном содержании в пищевом рационе фосфора, калия, магния и жира. Оптимальное соотношение кальция, фосфора и магния в рационе или продукте 1:1,5:0,7

Источниками кальция являются молоко и молочные продукты: 0,5 л молока или 100 г сыра обеспечивают суточную потребность взрослого человека в кальции. Овощи и фрукты отличаются невысоким содержанием кальция, но благоприятным соотношением его с фосфором и магнием, благодаря чему кальций, содержащийся в овощах и фруктах, хорошо усваивается.

Потребность кальция для взрослого человека составляет 800 мг в сутки. Беременные и кормящие матери нуждаются в повышенном обеспечении кальцием - 1500 мг в сутки. Дети школьного возраста должны получать 1100-1200 мг кальция в сутки в зависимости от возраста.

Магний широко распространен в животном и растительном мире. Имеется связь между обменом магния и фосфора, усиленное выделение из организма фосфора влечет за собой повышенное выделение магния. Для усвоения магния в кишечнике необходимы желчные кислоты. Магний играет существенную роль в углеводном и фосфорном обмене, обладает антиспастическими и сосудорасширяющими свойствами, может стимулировать

перистальтику кишечника и повышать желчеотделение, известна роль магния в снижении нервного возбуждения. При недостатке в организме магния в стенках артерий, сердца и мышцах увеличивается содержание кальция, что снижает эластичность сосудов. Диета, богатая магнием, рекомендуется при гипертонической болезни. При недостатке магния в почках развиваются дегенеративные изменения с нефротическими явлениями.

Основными источниками магния являются злаковые: крупы, горох, фасоль. Продукты животного происхождения содержат очень мало магния.

Потребность взрослого человека в магнии - 400 мг в сутки. Дети школьного возраста должны получать* 250-350 мг в сутки в зависимости от возраста.

Натрий участвует в процессах внеклеточного и межтканевого обмена, в поддержании кислотно-основного равновесия и осмотического давления. Натрий принимает участие в выделении почками мочевины, а также образовании в желудке соляной кислоты. Ионы натрия принимают участие в водном обмене, вызывая набухание коллоидов тканей, способствуют задержке в организме связанной воды. Натрий является антагонистом калия. Вместе с хлором натрий является постоянной составной частью плазмы крови и тканей.

В пищевых продуктах содержание натрия незначительно. В основном он поступает в организм с поваренной солью. Нормальное потребление натрия взрослыми людьми составляет 4-б г в сутки, что соответствует 10-15 г хлорида натрия. Суточная потребность в натрии повышается при тяжелом физическом труде, обильном потоотделении, рвотах и поносе, а также употреблении растительной пищи, богатой калием. Питание с ограничением натрия рекомендуется при отеках, связанных с нарушением кровоснабжения, и при заболеваниях почек.

Калий. Значение калия в жизнедеятельности организма заключается прежде всего в его способности усиливать выведение жидкости из организма. Калий играет важную роль в процессе внутриклеточного обмена, образовании буферных систем (бикарбонатная, фосфатная и др.)» предотвращающих сдвиги реакции среды и обеспечивающих ее постоянство. Ионы калия играют большую роль в образовании ацетилхолина и процессах проведения нервного возбуждения к мышцам. Диета, содержащая повышенное количество калия и умеренно ограниченное количество натрия, рекомендуется при сердечной недостаточности, задержке жидкости в организме.

Кальций является постоянной составной частью пищи человека. Много кальция и в организме — около 1400 г (99% его находится в костной ткани).

Кальций относится к жизненно необходимым веществам. Роль его в организме человека многообразна: кальций является постоянной составной частью крови, клеточных и тканевых соков, входит в состав клеточного ядра и играет важную роль в процессах роста и деятельности клеток, влияет на функции сердечной мышцы, процесс свертывания крови, поддержание нормальной нервно-мышечной возбудимости.

Основное значение кальция — участие в формировании костного скелета и ощелачивании организма, что предупреждает развитие ацидоза.

Кальций является трудноусвояемым элементом. Его усвояемость зависит от соотношения с другими компонентами пищи — жиром, фосфором, магнием. Избыток этих элементов отрицательно влияет на усвоение кальция, оптимальное соотношение Са: Р: Mg — 1: 1,3: 0,5.

Источники. Хорошим источником является молоко и молочные продукты (в молоке — 120 мг%, твороге — 140, сыре — 700—800 мг%). В этих продуктах кальций наиболее легко усваивается, так как в них благоприятное соотношение Са: Р: Mg. Невысоким содержанием кальция отличаются овощи и фрукты, но усвояемость кальция в них хорошая. Низкая усвояемость кальция у зерновых продуктов, так как соотношение кальция и фосфора в них неблагоприятное.

— 800 мг, беременных и кормящих — 1500 мг. Потребность детей в кальции выше, чем у взрослых.

Магний содержится в организме в количестве 25 г. Отмечается тесная связь между обменом магния, фосфора и кальция. При недостатке магния в стенках сосудов, сердце, мышцах происходит увеличение содержания кальция. Магний нормализует возбудимость нервной системы, обладает антиспастическим и сосудорасширяющим действием, стимулирует перистальтику кишечника, повышает желчеотделение, способствует выводу холестерина из кишечника.

Всасывание магния в кишечнике происходит путем образования комплексных соединений с желчными кислотами.

Источники: горох— 107 мг%, фасоль— 167, гречневая крупа — 98, овсяная — 133, перловая — 97, пшено — 83, хлеб ржаной — 73 мг%.

В продуктах животного происхождения магния содержится мало: в мясе— 15 мг%, молоке— 13, яйце — 10 мг%.

Потребность взрослого человека — 400 мг в сутки.

Калий. В организме содержится 170—250 г. калия. Калий участвует в ферментативных процессах, внутриклеточном обмене, превращении фосфопировиноградной кислоты в пировиноградную, образовании ацетилхолина и в процессах проведения нервного возбуждения к мышцам. Важное значение калия — в выведении жидкости из организма и уменьшении концентрации натрия. В обмене калия и натрия наблюдается некоторый физиологический антагонизм. Диеты с повышенным содержанием калия могут быть использованы для повышения диуреза и усиления выведения натрия.

Источники калия — в основном продукты растительного происхождения. Много калия в сухофруктах (курага — 1717 мг%, урюк — 1181, чернослив — 864, изюм — 860, груша — 872, яблоко — 248 мг%), фасоли — 1100 мг%, горохе — 873, картофеле — 568 мг%.

Потребность в калии взрослого человека — 3—5 г в сутки.

Натрий . Физиологическое значение натрия определяется участием его в процессах внеклеточного и межтканевого обмена, поддержании кислотно-щелочного равновесия, осмотического давления, выделения мочевины почками, образования соляной кислоты в желудке, активации амилазы слюны и панкреатического (поджелудочного) сока. Натрий участвует в водном обмене, вызывая набухание коллоидов ткани, задерживая воду в организме. Натрий является антагонистом калия.

Источники. В пищевых продуктах натрия содержится мало. В организм он поступает в основном с поваренной солью (NaCl).

Суточная потребность в натрии — 4—6 г (или 10— 15 г NaCl). Потребность в натрии повышается при больших физических нагрузках, при повышенной температуре тела и окружающей среды, употреблении большого количества растительной пищи, богатой калием.

Ниже приводится перечень основных минеральных элементов, присутствующих в организме. Все эти минералы можно найти в натуральных продуктах, не подвергнутых термической или любой другой обработке. Все функции организма продолжаются в течение длительного времени и должны поддерживаться минералами, получаемыми из продуктов питания. Особенно минеральные элементы необходимы телу для надлежащего течения очистительных процессов.

Незаменимые минералы :

Макроминералы : Кальций, Фосфор, Калий, Сера, Натрий, Хлор, Магний.

Микроминералы : Железо, Молибден, Йод, Хром, Цинк, Фтор, Селен, Кремний, Марганец, Ванадий, Медь, Никель, Кобальт, Олово.

Макроминералами называют те элементы, необходимая суточная доза которых превышает 100 мг. .Микроминералы также известны как «микроэлементы», потому что потребность организма в них очень низка. Если взвесить все минералы, которые содержатся в человеческом теле, то они составят всего 4% от общего веса тела. Остальные 96% приходится на кислород, водород, углерод и азот, - элементы, присутствующие в белках, жирах и углеводах; они же составляют 99% всех атомов тела. Если наше тело полностью сжечь, то останется примерно пять фунтов минералов.

Около половины от этого количества будет составлять кальций, а еще 25% придется на долю фосфора, - эти два Минерала являются главными среди тех, что входят в состав нашего организма.

В организме присутствует порядка 60 различных минералов, но ключевыми можно считать только те, что перечислены в списке. Незаменимые минералы, как и незаменимые аминокислоты, должны поступать в организм вместе с пищей. Они используются для поддержания тех важнейших функций тела, что отвечают за жизнедеятельность, развитие и воспроизводство. Минералы необходимы телу как для регулирования жизненно важных процессов, так и для построения новых тканей.

В сравнении с кальцием, которого в нашем организме 2,5 фунта, общий вес всех остальных микроэлементов составляет около унции. Но такие минералы необходимы организму точно так же, как и элементы, присутствующие в нем в больших количествах. Например, кобальт, - минерал, связанный с витамином В12, обнаруживается в теле человека в соотношении 2 к триллиону. В настоящее время ведется множество исследований, и новейшие достижения в области технологий помогают нам выделить из тканей такие минералы, которые присутствуют в организме в ничтожных количествах, в отношении 1 к миллиарду, так что вскоре можно ожидать открытия новых микроэлементов.

Минералы в изобилии встречаются в нашей пище. Их можно найти в злаках, орехах и семенах, а также во фруктах, листовых овощах, молоке и молочных продуктах. В растениях существуют вещества, которые при объединении с минералами формируют нерастворимые соли, - организм такие соли не усваивает. В качестве примера такого соединения можно привести сочетание железа, цинка и магния с фитинами, присутствующими в злаках. Кальций становится нерастворимым при соединении с оксалатами, которые можно обнаружить в некоторых зеленых овощах.

Минералы не поддаются воздействию кислых и щелочных соединений; точно так же на них не действует ни жара, ни холод. Но хотя минералы и нельзя уничтожить, их можно растворить в воде и просто выплеснуть. Более того, практически все минералы устраняются в процессе рафинирования муки и сахара.

В рационе европейцев наблюдается низкое содержание следующих минералов: кальция, железа и цинка.

Некоторые минералы формируют кислотные соединения, некоторые - щелочные. К первой группе относятся хлор, сера и фосфор. Эти минералы обнаруживаются главным образом в мясе, рыбе и птице, сыре и крупах, а также в сливах, клюкве, ревене, чае, какао и некоторых орехах (бразильских, грецких и арахисе). Во вторую группу входят кальций, натрий, калий и магний; их можно найти в овощах, фруктах, молоке и оливах, а также в миндале, кокосе и каштане.

Организм лучше всего функционирует в нейтральном или слегка щелочном состоянии, поэтому при чрезмерном накоплении кислота (а в питании европейцев, которое главным образом состоит из мяса и животных продуктов, кислых соединений очень много) выводится через легкие (углекислый газ) и мочеполовую систему. В нашем теле присутствуют некоторые механизмы, которые способны регулировать кислотно-щелочной баланс. Минералы в таком регулировании играют далеко не последнюю роль.

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.