Роль витаминов и минералов в жизнедеятельности



Ко второй половине 19 века было выяснено, что пищевая ценность продуктов питания определяется содержанием в них в основном следующих веществ: белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды. Считалось общепризнанным, что если в пищу человека входят в определенных количествах все эти питательные вещества, то она полностью отвечает биологическим потребностям организма. Однако практика далеко не всегда подтверждала правильность укоренившихся представлений о биологической полноценности пищи. Практический опыт врачей и клинические наблюдения издавна с несомненностью указывали на существование ряда специфических заболеваний, непосредственно связанных с дефектами питания, хотя последнее полностью отвечало указанным выше требованиям. Об этом свидетельствовал также многовековой практический опыт участников длительных путешествий, который ясно указывал на то, что цинга и некоторые другие болезни связанны с дефектами питания, и что даже самая обильная пища сама по себе еще далеко не всегда гарантирует от подобных заболеваний и что для предупреждения и лечения таких заболеваний необходимо вводить в организм какие-то дополнительные вещества, которые содержаться не во всякой пище.

Открытие Н.И.Луниным в 1880 г. витаминов положило начало новому направлению в науке о питании. Витамины - это группа низкомолекулярных органических соединений разнообразной химической природы, которые, присутствуя в небольших количествах в пище (поэтому их еще называют пищевые факторы), обеспечивают нормальное протекание биохимических и физиологических процессов путем участия их в регуляции обмена веществ в организме. В настоящее время известно около 20 различных витаминов. Установлена и их химическая структура; это дало возможность организовать промышленное производство витаминов не только путём переработки продуктов, в которых они содержаться в готовом виде, но и искусственно, путём их химического синтеза.

Первоисточником витаминов являются растения. Человек и животные получают витамины с растительной пищей и из продуктов животного происхождения. Важная роль в образовании витаминов принадлежит также микроорганизмам, например, микрофлора пищеварительного тракта человека и животных снабжает организм витаминами группы В.

Недостаточное поступление витаминов в организм (гиповитаминоз) приводит к нарушению нормального процесса обмена веществ, а полное отсутствие витаминов в пище или нарушение всасывания витаминов, а также их транспорта ведет к развитию в организме авитаминозов, которые могут закончиться гибелью организма.

Витамины не являются источником энергии. Они легко разрушаются под действием высоких температур, света, в кислой и щелочной среде. Поэтому важно знать, как хранить продукты и приготовлять пищу, чтобы сохранить эти, столь важные для организма, вещества.

В природе практически нет ни одного продукта, в котором находились бы все витамины в количестве достаточном для удовлетворения в них потребностей организма как взрослого человека, так и ребёнка.

Поэтому необходимо максимальное разнообразие меню: наряду с продуктами животного происхождения, зерновыми, должны быть овощи и плоды, в том числе и в сыром виде.

Значительный дефицит тех или иных витаминов в организме (авитаминоз) в настоящее время довольно редок. Значительно чаще встречается субнормальная обеспеченность витаминами, что не сопровождается яркой клинической картиной авитаминоза, но все же отрицательно сказывается на общем состоянии: ухудшается самочувствие, уменьшается сопротивляемость организма инфекционным заболеваниям, снижается работоспособность. Субнормальная обеспеченность витаминами, выявляемая специальными ферментными и радиоизотопными методами исследования, отражается на общем физическом развитии ребенка или подростка. Доказано, что рациональный пищевой рацион не во всех случаях обеспечивает должное поступление витаминов в организм человека; нередко это требует периодического дополнительного их введения в виде поливитаминных препаратов.

Различают гиповитаминозы первичные (экзогенные, обусловленные дефицитом поступления витаминов в организм с пищей) и вторичные (эндогенные, связанные с нарушением всасывания витаминов в желудочно-кишечном тракте или их усвоением, избыточной потребностью в витаминах при лечении некоторыми антибиотиками). Способствуют возникновению витаминной недостаточности чрезмерно низкая или высокая температура окружающей среды, длительное физическое или нервно-психическое напряжение, заболевание эндокринных желез, некоторые профессиональные вредности и другие факторы. Особое значение имеют ограниченность рациона питания (при недостаточном содержании витаминов в продуктах, например консервах), некоторые гельминтозы (потребление большого количества витаминов гельминтами), беременность и период лактации у женщин (повышенная потребность в витаминах для плода и грудного ребенка). Полигиповитаминозы часто наблюдались в различных странах в период социальных и стихийных бедствий (войны, неурожаи), при нерациональном (несбалансированном) питании как групп людей (во время длительных походов, путешествий и т. д.), так и отдельных лиц (питание консервами, сушеными продуктами, длительное однообразное питание). В детском возрасте (вследствие повышенной потребности растущего организма) и старческом возрасте (вследствие нарушения усвоения) витаминная недостаточность встречается чаще и имеет свои особенности. При тяжелых инфекционных заболеваниях повышается потребность в некоторых витаминах. Следует учитывать синергизм ряда витаминов, задерживающий развитие витаминной недостаточности (аскорбиновой кислоты с тиамином, фолиевой кислотой, тиамина – с рибофлавином и пиридоксином и др.), а также их антагонизм (токоферола с пиридоксином, никотиновой кислоты с тиамином, холином и т. д.). Клинические проявления болезней витаминной недостаточности возникают постепенно, по мере расходования витаминов, депонированных в различных органах и тканях (запасы большинства витаминов, за исключением А и В12, в организме невелики).

Различают также моногипо- и моноавитаминоз, развивающийся при недостаточности в организме какого-то одного витамина, и полигипо- и поливитаминоз, развивающийся при недостаточности нескольких илимногих витаминов. Следует особо отметить, что стертые эндогенные формы гиповитаминозов, особенно наблюдающиеся при хронических заболеваниях органов пищеварения и нарушениях процессов всасывания кишечной стенкой, встречаются достаточно часто и представляют известные трудности для ранней диагностики.

Таким образом определение витаминной обеспеченности населения разных регионов нашей страны и витвминазация продуктов питания является одной из главных задач пищевой промышленности.

С другой стороны, не менее важным для обеспечения полноценного питания является и содержание различных микроэлементов в продуктах питания и напитках.

Для всего живого характерно избирательное отношение к окружающей среде. Свидетельством такого избирательного подхода служит разительное отличие элементарного состава живых организмов от набора элементов, которые входят в состав земной коры и потому вполне доступны для этих организмов. Больше всего в земной коре кислорода, кремния, алюминия, натрия, кальция, железа, магния и калия, на все же остальные вместе взятые элементы приходится менее 1%. Живые организмы построены главным образом из водорода, кислорода, углерода и азота, на остальные элементы здесь также приходится менее 1%.

Хотя в живых системах обычно обнаруживаются следы всех элементов, присутствующих в окружающей среде, однако необходимых для жизни элементов, без которых она не может обойтись, насчитывается всего около двадцати. Эти элементы делят на три категории в соответствии с их концентрацией в клетке основные элементы, следовые элементы, или микроэлементы, и ультрамикроэлементы. Роль некоторых элементов и их содержание в организме приведены в таблице ( далее следует короткий рассказ по таблице).

Для разных видов общий набор элементов может различаться. Некоторые из элементов имеют универсальное значение (Н, С, N, О, Na, Mg, Р, S, Са, К и С1); другие требуются хотя и не всем, но многим видам (Fe, Cu, Mn, Zn). Вопрос об универсальности остальных элементов, встречающихся в живых организмах (В, V, Si, Go, Mo), пока не решен.

Изучение незаменимых ультрамикроэлементов — нескончаемое занятие: никогда нельзя быть уверенным, что тот или иной элемент действительно не требуется, а получить доказательства того, что он, напротив, необходим, с методической стороны дело крайне сложное. В работе с ультрамикроэлементами приходится использовать сверхчистую воду и реактивы и даже сверхчистую стеклянную посуду. О потребности в некоторых ультрамикроэлементах даже не подозревали до тех пор, пока не было обнаружено, что почти полное отсутствие их в определенных почвах служит причиной заболеваний и разного рода нарушений у растений и животных. Отсутствие меди в почвах некоторых областей Австралии вызывает у овец болезнь, при которой отмечается стойкое поражение нервной системы, анемия и ухудшение состояния волосяного покрова. Многие болезни растений (гниль сердечка у свеклы, ломкость стеблей у сельдерея и проч.) вызываются недостатком бора в почве. Потребность в таких ультрамикроэлементах, как бор, легче всего продемонстрировать, добавляя их в почву: при одной сотой части бора на миллиард частей почвы растения заболевают; одной десятой части бора на миллиард частей почвы достаточно для излечения заболевания, а одна часть на миллиард — это уже яд для растений.





Многие элементы обычно присутствуют в виде ионов. Значение этих ионов для жизнедеятельности клетки было понято уже давно. Литература по физиологии, относящаяся к 20-м и 30-м годам, изобилует описанием наблюдений над влиянием ионов (главным образом Na+, Mg2+, K+ и Са2+) на физическую консистенцию и функции самых разных клеток. Абсолютное количество этих ионов и их баланс поддерживаются в живых системах в узких границах; любое экспериментальное изменение в этой части приводит к выраженным изменениям ряда биологических свойств — клеточной проницаемости, раздражимости, сократимости, вязкости протоплазмы, а также к нарушению процесса клеточного деления. О важном значении ионного баланса можно судить по тому факту, что часто пары этих катионов обнаруживают антагонистическое действие. Так, известно, что К+ снижает вязкость протоплазмы и вызывает расслабление мышц, тогда как Са2+ обусловливает переход цитоплазмы в состояние геля и инициирует мышечное сокращение. Отметим интересную черту баланса Na+—К+: У животных Na+ присутствует главным образом вне клеток, в тканевой жидкости, тогда как К+ сосредоточен в клетке. Естественно, что для поддержания такого распределения этих ионов клетка должна затрачивать энергию Наше понимание роли этих ионов на молекулярном уровне носит лишь весьма общий характер. Известно, что главные макромолекулярные компоненты клетки — белки и нуклеиновые кислоты— представляют собой отрицательно заряженные поливалентные ионы; следовательно, их противоионами служат катионы. Более того, было обнаружено, что между различными макромолекулами и специфическими катионами существуют вполне определенные взаимоотношения. Так, концентрация Mg2+ влияет, как оказалось, на агрегацию рибосом (по-видимому, эти ионы воздействуют на РНК, входящую в состав этих частиц). При снижении концентрации Mg2+ эти цитоплазматические органеллы распадаются на два компонента меньшего размера. Кальций почти наверняка служит противоионом фосфолипидного компонента клеточных мембранных систем: действие Са2+ на снижение порога возбудимости нерва, а также факт высвобождения Са24" из мембранной системы при мышечном сокращении — все это свидетельствует о важной роли этого иона в явлениях, требующих участия мембран. Наконец, было выяснено, что калий избирательно взаимодействует с миозином — сократительным белком мышц.

Таковы немногие более или менее ясные примеры из этой обширной области клеточной биологии, которая еще требует изучения на молекулярном уровне.

Как, однако, обстоит дело с ультрамикроэлементами? Какую мыслимую роль может играть элемент, присутствующий в концентрации 10ˉˉ8 М? Как и для витаминов ответ оказался весьма простым и ясным. Во всех детально изученных случаях эти ионы, как выяснилось, служат кофакторами определенных ферментов. Поскольку ферменты в силу их каталитической природы обычно требуются лишь в очень низких концентрациях, это должно быть справедливым и для их кофакторов. Небольшие количества микроэлементов нужны также для активации ферментов. В таблице приведено несколько ферментативных реакций, в которых кофакторами служат те или иные ионы металлов.





Некоторые ионы металлов блокируются определенными ингибиторами, и тогда они уже более не могут функционировать как кофакторы. В молекуле гемоглобина, например, присутствуют четыре атома железа, которые в норме связывают кислород. Однако цианид и окись углерода способны предпочтительно связываться с этими атомами железа, и когда это происходит, гемоглобин утрачивает способность переносить кислород. Подобные ингибиторы представляют собой клеточные яды; даже в очень низких концентрациях они могут вызвать гибель клетки.

В заключение следует отметить, что содержание микроэлементов в воде и продуктах питания может сильно отличаться в разных регионах нашей страны. Поэтому необходимость восполнять эти нехватки минералов также является важнейшей задачей в обеспечении населения полноценным питанием.



Автор статьи: доцент кафедры биохимии МБФ РГМУ, к.м.н. Адрианов Николай Владимирович.
Специально для ООО "Электронная Медицина".