Макроэлементы

Одна из основных функций поддержания осмотического, кислотно-основного, окислительно-восстановительного, металлолигандного гомеостаза.

Кальций (1000г / 70кг веса), т.е. ~1 - 2кг. Кальций встречается как в свободном, так и в связанном виде. В основном он содержится в костной и хрящевой тканях (98-99%), остальное его количество распределено в мягких тканях и внеклеточной жидкости.

Основным минеральным компонентом костной ткани является гидрофосфат кальция Ca₅(PO₄)₃OH (гидроксоапатит). Костная ткань обеспечивает поддержание концентрации ионов Ca²⁺ в биологических жидкостях на определенном уровне, поэтому ее можно рассматривать как кальциевый буфер организма. С участием кальция и фосфора протекают наиболее важные гетерогенные процессы в организме.

В свободном виде Ca²⁺ содержится в межклеточной жидкости и плазме крови. Обмен кальция контролируется гормонами паращитовидных и щитовидных желез (паратирин и кальцитонин), а также витамином D. При понижении концентрации ионов Ca²⁺ в плазме крови интенсифицируется выделение гормона, под влиянием которого усиливается растворение минеральных соединений в костях, а это в свою очередь повышает содержание ионов Ca²⁺ в плазме крови. При увеличении уровня Ca²⁺ гормоны активизируют работу остеобластов, регулирующих отложение кальция в костной ткани. Суммарная концентрация ионов Ca²⁺ в плазме крови составляет 2,5×10^-3, из них 40% связаны в комплекс с белками, 14% - с лактатами и цитратами, 46% находятся в свободном состоянии (т.е. 1,1×10^-3).

Наряду с Ca²⁺ содержатся анионы HPO₄^2-.

Ca²⁺ + HPO₄^2- → CaHPO₄↓

HPO₄^2- ионов в плазме 2,9×10^-3М, т.е. в плазме может происходить образование малорастворимого CaHPO₄ (кристаллы размером 10^-9-10^-7м), стабилизированного белками и находящегося в коллоидном состоянии. В клетках костной ткани – остеобластах, интенсивно омываемых кровью, происходит минерализация. И в то же время, структура костной ткани обеспечивает достаточно легкий обмен ионами между поверхностью скелета и окружающими тканевыми жидкостями. Поверхность скелета человека достигает 2000км², что обеспечивает ежедневный обмен 700-800мг кальция. Полная перестройка костной ткани происходит примерно каждые 10лет.

В общем виде кальциевый обмен можно описать общим уравнением:

остеобласты

5Ca²⁺ + 3HPO₄^2- + 4OH^{- ¾®}_¾ Ca₅(PO₄)₃OH + 3H₂O

деминерализация

Организации правильных кристаллов способствует органическая матрица – коллаген.

В поверхностных слоях образуется также аморфный фосфит кальция Ca₃(PO₄)₂.

Костная ткань, помимо Ca²⁺ содержит и другие ионы металла, то есть выполняет функцию минерального депо. Даже небольшое количество Be²⁺ вызывает бериллиевый рахит, который сопровождается вытеснением ионов Ca²⁺ ионами Be²⁺ из костей и их размягчением из-за меньшего радиуса Be²⁺. Замещение большими ионами стронция вызывает ломкость костей (стронциевый рахит). Это заболевание характерно для районов с повышенным содержанием Sr²⁺ в почве, усваиваемом растениями. Особую опасность представляет радиоактивный Sr-90, который, оседая в костях, облучает их и нарушает костномозговое кроветворение.

Ионы кальция выполняют и другие разнообразные функции: участвуют в передаче нервного импульса, сокращении мышц, регуляции сердечного ритма, свертываемости крови, активируя превращение протромбина в тромбин, тем самым способствуя агрегации тромбоцитов. Катионы кальция понижают возбудимость ЦНС, понижение их содержания в организме проявляются в судорогах. Ионы кальция влияют на кислотно-основной баланс организма, обладают противовоспалительным и антиаллергическим действием, активизируют амилазу, расщепляющую углеводы, и липазу, расщепляющую жиры. На усвояемость кальция оказывает влияние содержание фосфора и магния. Оптимальное содержание контролируется соотношением кальция и фосфора 1:1,3, а кальция и магния 1:0,5.

Лучшим источником кальция в питании человека является молоко и молочные продукты. Так, 0,5л молока или 100г сыра удовлетворяют суточную потребность в кальции, которая равна 800мг. Избыток ионов кальция в плазме крови вызывает гиперкальцемию, которая может сопровождаться остановкой сердца – немедленно внутривенно вводят смесь фосфатов натрия и калия. При недостатке развивается остеопороз.

Фосфор входит в состав костной ткани и зубной эмали, а также мягких тканей в виде органических соединений (например, кокарбоксилаза). Помимо образования костной ткани, фосфор входит в аденозинтрифосфат (АТФ) и аденозиндифосфат (АДФ), обеспечивающих круговорот энергии в клетках. Потребность организма в фосфоре составляет 1200мг в сутки. Поступает он в организм человека с молочными продуктами, его много в сыре, яйцах, печени, мясе, рыбе.

Дефицит фосфора проявляется расстройствами центральной нервной системы, мышечными нарушениями (вплоть до паралича дыхательной мускулатуры), нарушением сердечной деятельности и минерализации костей.

Магний. 50% магния содержится в костях, остальное количество – в мышцах и 1% во внеклеточной жидкости. В организме магния около 20г. Магний участвует в передаче нервного возбуждения и нормализации возбудимости нервной системы, обладает антиспазматическим и сосудорасширяющим свойствами. Магний положительно влияет на деятельность сердечно-сосудистой системы, обладает антистрессовым свойством, особенно вместе с кальцием, влияет на углеводный и фосфорный обмен, активизирует многие ферменты. Магний проявляет высокую склонность к комплексообразоанию. Магний склонен к гидратации, поэтому свободные ионы в плазме содержатся в гидротированной форме:

Mg²⁺ + H₂O → Mg(OH)⁺ + H⁺

За счет высокой склонности к комплексообразоанию, магний относят к одним из основных активаторов ферментативных процессов.

Основная масса катионов магния, находящихся вне костей, сосредоточена внутри клеток, они поддерживают осмотическое давление. Во внутриклеточной жидкости катионы Mg²⁺ находятся в виде комплекса с АТФ и АДФ.

При недостатке магния ухудшается усвоение пищи, возникают повреждения кожи, нарушается рост.

Магний содержится в зерновых продуктах (хлебе, гречке, пшене), горохе, фасоли, грецких орехах, фундуке, какао. Потребность в магнии составляет 400мг в сутки.

Натрий и калий. В организме взрослого человека содержание катионов натрия составляет 100г, катионов калия – 140г.

Основное различие в свойствах катионов натрия и калия связано с различием в плотности положительного заряда на их поверхности. У Na⁺ она выше, поэтому его электростатическое поле сильнее удерживает воду, а калий, наоборот, слабо ее удерживает. Именно поэтому Na⁺ и K⁺ являются антагонистами. Калий преимущественно содержится во внутриклеточных, а натрий – в межклеточных жидкостях (концентрация K⁺ во внеклеточной жидкости в 35раз меньше, чем внутри нее, наоборот, Na⁺ вне клетки в 15раз больше, чем внутри). Регулятором поддерживания такого градиента Na⁺ и K⁺ является АТФ. Одна треть Na⁺ находится в костной системе, остальная часть – во внеклеточной жидкости.

Роль катионов Na⁺, как основных однозарядных катионов плазмы крови, лимфы, спинномозговой жидкости, состоит в поддержании определенного осмотического давления, удерживания воды тканями (15г NaCl удерживает до двух литров жидкости). Кроме того, изменение концентрации ионов натрия определяет циркуляцию жидкости между клетками и окружающими тканями, он входит в буферные системы, обеспечивающие кислотно-основное равновесие в организме. Натрий активирует пищеварительные ферменты, принимает участие в регуляции нервной и мышечной ткани.

Природное содержание натрия в пищевых продуктах незначительно (15-80мг/100г). Основное количество натрия (свыше 80%) организм человека получает при потреблении продуктов, приготовленных с добавлением поваренной соли (1-3г) и с хлебом (2,4г).

Потребность в натрии у взрослых людей составляет 4,6г в сутки, что соответствует 10-15г NaCl. Избыточное потребление поваренной соли способствует повышению артериального давления, поддержанию воспалительных процессов, задержке в организме жидкости.

Высокая внутриклеточная концентрация ионов K⁺ обеспечивает осмотическое давление внутри клетки, так как 98% всего K⁺ в организме находится внутри клетки. K⁺ поддерживает кислотно-щелочное равновесие крови, влияет на белковый и углеводный обмен. Соли калия способствуют выделению из организма воды и натрия, что важно для профилактики сердечнососудистых заболеваний. Калий участвует в ферментативных процессах.

Калий содержится в больших количествах в кураге, урюке, изюме, черносливе, горохе, фасоли, сое, зернопродуктах. Калий содержится в картофеле (до 426мг на 100г). Потребность в калии составляет 3-5г в сутки.

Дефицит калия в организме ведет к нарушениям функций нервно-мышечной и сердечно-сосудистой системы и проявляется депрессией и дискоординацией движений, мышечной и артериальной гипотонией.

Хлор. Анионы хлора вместе с ионами калия и натрия играют основную роль в сохранении постоянства осмотического давления внеклеточной жидкости, в нормализации водного обмена. Участвуя в хлоридно-бикарбонатном буфере, он играет важную роль в поддержании постоянства pH крови. Исключительное значение играет хлор в пищеварении, участвуя в образовании соляной кислоты железами.

Природное содержание хлора в пищевых продуктах незначительно: в яйцах и молоке- 106мг/100г, говядине – 76мг, курах – 20-70мг. Бедны им фрукты и овощи. Суточная потребность у взрослого человека составляет 4-6г. Основное количество хлора (до 90%) взрослые получают с поваренной солью.

Сера. В организме сера находится в виде неорганических (сульфаты) и органических (серосодержащие аминокислоты, сульфолипиды) соединений. Сера входит в некоторые витамины (тиамин, биотин, липоевая кислота), гормонов, ферментов, ряда биологически активных веществ (инсулин, гепарин, глюкотион, желчные кислоты). Значение серы в жизнедеятельности организма выяснено недостаточно. Известно, что сера участвует в тканевом дыхании и энергетическом обмене (тиол-дисульфидное равновесие или антиоксидантное равновесие). В виде сульфатов сера принимает участие в обезвреживании токсических веществ.

Источником серы являются преимущественно продукты животного происхождения (мг/100г): сыр – 263, яйца – 195, мясо – 230, рыба – 175, хлеб (ржаной – 104, пшеничный – 54), крупы – 117, бобовые – 219-227. Суточная потребность взрослых людей в сере ориентировочно равна 1г.

Дата добавления: 2015-10-16