МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Наряду с органическими веществами — белками, углеводами, жирами — в клетках живых организмов содержатся соединения, составляющие обширную группу минеральных веществ. К ним относятся вода и различные соли, к-рые, находясь в растворенном состоянии, диссоциируют (распадаются) с образованием ионов: катионов (положительно заряженных) п анионов (отрицательно заряженных). Часто М. в. входят в состав сложных органич. веществ, напр, металлопротеидов (металлобелков). Так, железо включено в состав гемоглобина; магний, марганец, медь, кобальт и другие металлы — в состав многих ферментов и т. д. М. в. представляют собой жизненно необходимые компоненты питания, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность и развитие организма.

Животный организм очень чувствителен к недостатку, а тем более к отсутствию тех или иных М. в. в пище. Выдающийся отечественный гигиенист Ф. Ф. Эрисман писал, что «пища, не содержащая минеральных солей, хотя бы она во всем остальном удовлетворяла условиям питания, ведет к медленной голодной смерти, потому что обеднение тела солями неминуемо влечет за собой расстройство питания». Это утверждение справедливо и для веществ, концентрация к-рых в организме превышает 0,001% (макроэлементы),— кислороду, углероду, водороду, кальцию, калию, азоту, фосфору, сере, магнию, натрию, хлору и железу и к микроэлементам, доля к-рых составляет от 0,001 до 0,000001%,— марганцу, цинку, меди, бору, молибдену, кобальту и др. М. в. играют большую роль в пластических процессах, в формировании и построении тканей организма, особенно костей скелета. М. в. очень валены для поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме, создания физиологич. концентрации водородных ионов в тканях и клетках, межтканевых и межклеточных жидкостях (т. е. создания нормальной реакции среды) и придания им свойств, необходимых для нормального течения процессов обмена веществ и энергии, в т. ч. водно-солевого обмена. Большое значение имеют М. в. для образования и формирования белка. Общеизвестны значение М. в. для деятельности эндокринных желез (напр. йода для щитовидной железы), а также их роль в ферментативных процессах.

М. в. участвуют в нейтрализации кислот и предотвращении «закисления» организма, т. е. развития так наз. ацидоза, резко нарушающего нормальное течение реакций обмена веществ и приводящего к развитию ряда патологич. расстройств. Изучение роли М. в. в организме и как необходимой составной части питания тесно связано с предупреждением распространения и ликвидацией ряда заболеваний, встречающихся в определенных р-нах (эндемических заболеваний),— эндемического зоба, флюороза (см.Зубы, заболевания) и др.

Вода является важнейшей составной частью всех организмов. Экспериментальные животные, лишенные воды, через короткий срок погибают. Она служит растворителем различных веществ; в водной среде происходят различные химич. реакции, в т. ч. ферментативные; вода образуется как продукт реакций окисления органич. веществ, В большинстве химич. реакций, лежащих в основе жизнедеятельности организма, в той или иной мере участвует вода. Организм взрослого человека на 65% состоит из воды. Содержание воды в различных органах и тканях неодинаково: в активно функционирующих органах воды больше. М. в. имеют важное значение в нормализации водного обмена в организме.

Значение кальция в организме весьма велико. Его соли являются постоянной составной частью крови, клеточных и тканевых соков; они входят в состав клеточного ядра и играют важную роль в процессах роста и деятельности клеток. Кальций пищи, усваиваясь организмом, оказывает существенное влияние на обмен и способствует наиболее полному использованию в организме пищевых веществ. Соединения кальция укрепляют защитные силы организма и повышают его устойчивость к внешним неблагоприятным факторам, в т. ч. и к инфекциям.

Особенно важное значение имеет кальций для формирования костей — он является их основным структурным компонентом, большая часть кальция организма сосредоточена в костях (ок. 99% его общего количества). Остальной кальций входит в состав крови и тканей как в форме ионов, так и в связанном с белками состоянии. Содержание кальция в сыворотке крови составляет 8,5—12,0 мг%, у новорожденных 7,5— 13,9 мг%. Понижение концентрации кальция в крови сопровождается понижением возбудимости центральной нервной системы, следствием чего являются судороги (тетания). Обмен кальция характеризуется тем, что при недостаточном поступлении его с пищей он все равно почти в прежних количествах продолжает выделяться из организма за счет его запасов. Если отрицательный баланс кальция сохраняется долго, то могут возникнуть явления кальциевой недостаточности. При избыточном приеме внутрь солей кальция, при его повышенном всасывании из кишечника и при снижении выведения через почки концентрация кальция в плазме крови молсет возрасти. Развивается так наз. пшеркальциемия, к-рая в особенно тяжелых случаях приводит к кальци-нозу (отложению кальция) в различных тканях и органах. Гиперкальциемия может вызвать заболевание глаз и даже кальцификацию роговицы глаза. Гиперкальциемия может быть также в результате повышенного потребления витамина D и проявляется потерей аппетита, задержкой роста (у детей), рвотой, запорами и другими расстройствами, связанными с резким увеличением всасывания кальция из кишечника.

Наиболее полноценными источниками кальция являются молоко и молочные продукты — творог, сыр. Молоко и молочные продукты способствуют усвоению кальция и из других продуктов. Хорошими источниками кальция являются яичный желток, капуста, соя, снетки, вобла, шпроты, частиковые рыбы в томатном соусе, зелень петрушки и др. в к-рых кальций содержится вместе с сопутствующими веществами в соотношениях, благоприятных для его усвоения. Вообще кальций относится к трудноусвояемым элементам, и только воздействие желчных к-т на его соединения позволяет перевести их в усвояемое состояние. Отмечено, что усвоение кальция происходит в наибольшей степени, если на каждый грамм введенного с пищей жира приходится ок. 10 мг кальция. Самым важным при усвоении кальция является его соотношение с содержанием в пище фосфатов. На всасывание кальция отрицательно влияет избыток магния в пище. При избытке в пище солей калия всасываемость кальция значительно ухудшается, так же, как и под влиянием нек-рых кислот (напр. инозинфосфорной к-ты, содержащейся в злаках и продуктах их переработки, или щавелевой к-ты, содержащейся в шпинате и щавеле). Витамин D способствует усвоению кальция и задержке его в организме.

Растущий организм нуждается в усиленной доставке с пищей солей кальция и фосфатов. При этом чрезвычайно важно не только достаточное количество этих веществ, но и определенное соотношение между ними в пище: оно должно составлять приблизительно 1:2. При изменении этого соотношения нарушается обмен кальция и фосфора, что неблагоприятно сказывается на растущем организме, а у взрослых обусловливает возникновение остеопороза и других костных поражений. У взрослых в тканях существует нек-рый физиологичный избыток кальция и фосфора, к-рый играет роль резерва при кальций-фосфорной недостаточности. У детей такого резерва нет, и содержание этих М. в. в крови целиком зависит от их содержания в пище и всасывания в кишечнике. Этим и объясняется то, что развитие «кальциевой недостаточности» не достигает у взрослых таких размеров,   как  у детей.

Суточная норма кальция для взрослых 800 мг. В более высоких нормах нуждаются дети и подростки (до 7 лет 1000 мг, от 7 до 11 лет 1200 мг, от И до 14 лет 1500 мг, от 14 до 18 лет 1400 мг), беременные женщины (1500 мг) и кормящие матери (ок. 2000 мг). Многие соли кальция сами по себе или в сочетании с другими веществами используются в качестве лекарственных средств.

Фосфор относится к жизненно необходимым веществам, он входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга, участвует во всех видах обмена веществ, необходим для нормального функционирования нервной системы, сердечной мышцы и т. д. В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной к-ты и органич. соединений фосфорной к-ты (фосфатов). Основная масса фосфора содержится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция (фосфата кальция), остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная к-та участвует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых к-т и т. д. Акад. В. А. Энгельгардт пишет, что «с каждым днем остается все меньше и меньше физиологических функций, в осуществлении которых фосфорная кислота и ее соединения не принимали бы самого непосредственного участия».

Содержание органич. соединений фосфора в крови человека меняется в значительных пределах. Однако количество неорганич. фосфора более или менее постоянно (3,0—5,5 мг%), у новорожденных детей оно составляет 4—7 мг%. Увеличивается содержание неорганич. фосфора при молочной диете, а также при ряде заболеваний — гипопарати-реозе, болезнях почек, при переломах в стадии заживления, сахарном диабете (см. Диабет сахарный), акромегалии, аддисоновой болезни и др.; уменьшается концентрация неорганич. фосфора в сыворотке крови при гиперпа-ратиреозе и ряде других заболеваний. При голодании организм расходует фосфор, содержащийся в тканях, поэтому концентрация его в крови не меняется, и лишь при потере 40% общего количества фосфора содержание его в крови уменьшается на 10%.

Необходимо отметить, что полное голодание меньше отражается на содержании неорганического фосфора в крови, чем частичное, когда соотношение между фосфором, кальцием и магнием резко нарушается, что приводит к усиленному выведению фосфора из организма. Потребность человеческого организма в фосфоре удовлетворяется за счет белков, жиров и углеводов, вводимых с пищей; она также зависит от количества кальция в пище. Обеспеченность организма фосфором определяется не только абсолютным содержанием его в пище, но и его соотношением с другими компонентами пищи. Напр. соотношение фосфора и белка в пище должно составлять по  меньшей мере 1. 40.

Нек-рые соединения фосфора используются как лекарственные препараты для стимуляции кроветворения, усиления роста и развития костной ткани, улучшения деятельности центральной и периферич. нервной системы, при недостатке фосфора в организме, а также при различных; заболеваниях сердечно-сосудистой системы и скелетных мышц.

Фосфор поступает в организм гл. обр. с продуктами животного происхождения — молоком и молочными продуктами, мясом, рыбой, яйцами и др. Суточной нормой фосфора для взрослого человека считают 1600 мг. Потребность в фосфоре у беременных составляет 3000 мг, а у кормящих матерен 3800  мг  в   сутки.

Обмен в организме фосфора тесным образом связан с обменом магния. Большая часть магния находится в составе костной ткани. В плазме крови, в эритроцитах и в мягких тканях магний в основном содержится в ионизированном состоянии. Нек-рое его количество связано с белками, особенно с ферментными белками, для проявления активности нек-рых ферментов магний абсолютно необходим. При кормлении животных пищей, лишенной солей магния, у них развивается расстройство сердечной деятельности, судороги, животные погибают. При введении в кровь больших количеств солей магния возникает наркотическое состояние (так наз. магнезиальный наркоз). Тормозящее действие ионов магния на нервную систему устраняется путем введения в кровь солей кальция. Биологич. роль магния, кроме его участия в ката-литич. процессах, осуществляемых при помощи нек-рых так наз. магнийзави-симых ферментов, заключается еще в нормализации возбудимости нервной системы. Магний обладает спазмолитическим и сосудорасширяющим действием и, кроме того, способностью стимулировать перистальтику кишечника и повышать выделение желчи, поэтому многие соединения магния используют как лекарственные средства, напр, магнезию сернокислую, магния аскорбинат, магния карбонат, магния тиосульфат и др. Экспериментально установлено, что при недостатке магния в стенках крупных сосудов, в сердечной и скелетных мышцах увеличивается содержание кальция. Из пищевых продуктов более всего магния содержится в фасоли, овсяной крупе, гречневой крупе, горохе. Мясные и молочные продукты характеризуются низким содержанием магния.

Потребность организма человека в магнии в основном удовлетворяется за счет магния пищевых продуктов, у растущего организма потребность в магнии выше. Взрослый человек должен в день получать 500 мг магния, беременные женщины и кормящие матери 925 и 1250 мг соответственно, дети — от 140 мг (3 года) до 530 мг (14—17 лет). В сыворотке крови человека в норме содержится 1,6—2,9 мг% магния,

В процессах внутриклеточного обмена большую роль играет калий. Многие ферменты не могут осуществлять свои каталитические функции в отсутствие ионов калия. Важное значение имеет калий для обеспечения постоянства внутренней среды организма человека, а также для проведения нервных импульсов к мышцам. Накопление калия в организме ведет к повышенному выведению из организма натрия, что свидетельствует о нек-ром физиологич. антагонизме между калием и натрием. Калий обладает диуретическим действием, т. е. повышение его содержания вызывает усиление выделения из организма воды; недостаток калия в организме сопровождается развитием отеков, нарушается проводимость нервных импульсов. Избыточное количество калия быстро удаляется почками с одновременным выведением воды. Из пищевых продуктов больше всего калия содержится в фасоли, горохе, щавеле, картофеле, крупах, рыбе. Суточная потребность организма в калии приблизительно равна 2—3 г. В плазме крови человека  содержится 16,0—19,6   мг%   калия.

Огромное физиологич. значение имеет натри й, к-рый содержится во всех тканях и биологич. жидкостях организма человека. В плазме крови человека содержится 300—330 мг% натрия. С мочой из организма человека выводится 3—6 г натрия  каждые  сутки.  Соли натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, принимают активное участие в водном обмене. Содержание натрия в пищевых продуктах невелико, и в организм он поступает в основном за счет поваренной соли — хлористого натрия (см. Соль поваренная пищевая). Недостаток поваренной соли в пище («солевой голод») очень тяжело переносится человеком. Взрослый человек ежедневно потребляет до 15 г поваренной соли и столько же выделяет ее из организма. Это количество значительно превышает физиологически необходимое и определяется прежде всего вкусовыми качествами хлористого натрия, привычкой к соленой пище. Количество поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в день. На выделение хлористого натрия из организма, а следовательно, и на потребность в нем влияет количество солей калия, получаемое организмом. Растительная пища, особенно картофель, богата калием и вызывает увеличение выделения с мочой хлористого натрия, а следовательно, и повышенную потребность в нем. Хлористый натрий играет важную роль в регуляции водного обмена. С мочон и с потом выделяется значительное количество хлористого натрия. Потеря его плохо отражается на состоянии организма, вызывает снижение работоспособности.

Несмотря на то что хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия, пути обмена хлора и натрия не одинаковы. Интересна способность хлора отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительных количествах. Содержание хлора в пищевых продуктах незначительно, он поступает в организм в основном в виде поваренной соли. В плазме крови человека в норме содержится 340—380 мг% хлора.

Нарушения в обмене хлора ведут к таким патологич. состояниям, как развитие отеков, недостаточная секреция желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышение содержания хлора в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек. Содержание хлора в моче зависит в основном от его содержания в пище: 90% пищевого хлора выводится с мочой и лишь 6% — с потом. Между содержанием хлора в крови и его выделением с мочой при патологич. состояниях прямой зависимости  не существует.

Бром — постоянная составная часть различных тканей организма человека и животных. В тканях млекопитающих содержание брома различно и колеблется в пределах 0,1—0,7 мг%. Значительно выше концентрация брома в гипофизе. В организм человека бром поступает гл. обр. с пищевыми продуктами растительного происхождения и небольшое количество его вводится с поваренной солью, содержащей примеси брома. Соли брома широко применяются в медицине в качестве лекарственных   средств.

В крови человека содержание фтора колеблется в пределах 0,03—0,07 мг%. Значительно больше его в костях (10—30 мг%) и особенно много в зубах (в эмали 120—150 мг%, в дентине 50 мг%). В костях и зубах фтор находится в нерастворимом состоянии в виде фторкальциевой соли фосфорной к-ты и фторапатита. В организм фтор поступает преимущественно с питьевой водой. Оптимальное содержание фтора в воде колеблется в пределах 0,5— 1,2 мг в 1 л. В местностях, где содержание фтора в воде низко и где пищевые продукты бедны фтором, часто встречается кариес зубов, однако избыток фтора вызывает другое заболевание — флюороз (крапчатость зубной эмали).

Й о д содержится во всех тканях человека. Однако в основном он находится в ткани щитовидной железы в составе ее гормонов — трийодтирони-на и тироксина. В организме взрослого человека содержится ок. 25 мг йода, из к-рых 10—-15 мг сосредоточено в щитовидной железе. В крови здорового человека содержится 8,5± 3,5 мкг% йода. Потребность человека в йоде равна 100—150 мкг в сутки. Недостаток йода в пищевых продуктах вызывает расстройство функции щитовидной железы, сопровождающееся ее разрастанием (см. Зоб). Предохранить людей от этого заболевания удается путем дополнительного введения йода в организм, напр, добавляют его к поваренной соли.

Железо входит в состав чрезвычайно важных в биологич. отношении органич. соединений — гемоглобина крови, миоглобина, ферментов катала-зы, цитохромов. Ок. 70% всего железа организма содержится в гемоглобине. Основное физиологич. значение железа — участие в процессе кроветворения (см. Кровь, кроветворная система). Недостаток железа может привести к развитию анемии — малокровия. Железо обладает способностью накапливаться (депонироваться) в организме. Дети рождаются со значительным запасом железа. У новорожденных в первые недели после рождения концентрация гемоглобина в эритроцитах и количество эритроцитов в крови значительно выше, чем в последующие периоды жизни. Спустя несколько недель после рождения скорость разрушения эритроцитов в организме ребенка начинает превышать скорость их образования, однако излишек железа при этом из организма не выделяется. Способность организма ребенка удерживать железо имеет важное значение, т. к. в молоке матери железа явно недостаточно. Запас железа у ребенка делает его независимым примерно в течение года от поступления железа с пищей. Исследования с меченым железом показали, что в случае недостатка железа в организме резко возрастает интенсивность его всасывания в кишечнике. Кроме кроветворной функции, железо играет важную роль в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в организме, оно входит в состав молекулы окислительных ферментов. Много железа содержится в печени (особенно свиной), в зелени петрушки, мозгах, яичном желтке, белых грибах и других продуктах. Высокой усвояемостью отличается     железо,     содержащееся     во фруктах и овощах (персиках, яблоках, шпинате и др.), что объясняется, по-видимому, присутствием в них аскорбиновой  к-ты.

Взрослому человеку необходимо получать в сутки 15 мг железа, детям от 7 до 10 мг. В сыворотке крови взрослого мужчины содержится 120 мкг% железа," а взрослой женщины 80 мкг%.

Медь играет важную роль в организме человека, входит в состав нек-рых окислительных ферментов. Большое значение имеет медь в процессах кроветворения, при синтезе гемоглобина и ферментов цитохромов, где ее функции тесно связаны с функцией железа. Содержание меди в печени достигает 3—5 мг на 1 кг веса. Содержание меди в плазме крови человека составляет 0,1 .512%. Медь важна для процессов роста (значительное количество меди захватывается плодом). Медь влияет на функцию желез внутренней секреции, обладает инсулиноподобным действием, в связи с чем соединения меди принимают иногда больные сахарным диабетом.

Недостаток меди в пище животных ведет к развитию у них ряда патологич. состояний. Суточная потребность в меди для взрослого человека равна 0,035 мг на 1 кг веса. Наиболее богаты медью говяжья и свиная печень, шампиньоны, печень палтуса, печень трески.

Большое значение для организма имеют микроэлементы кобальт, стронций, марганец, цинк, цезий и др. Организм нуждается лишь в ничтожно малых, следовых количествах этих элементов, однако роль их в обмене очень велика. Биологич. роль кобальта в значительной степени связана с его участием в каталитической ферментативной функции витамина Bi2, составной частью к-рого он является (см. Витамины). Стронций входит в состав костей человека. Пища, богатая стронцием, вызывает расстройство окостенения скелета, известное под названием стронциевого рахита. Оно по своим признакам напоминает обычный рахит, но не излечивается приемом витамина D. Марганец входит в состав молекул нек-рых ферментов и стимулирует их активность. Цинк содержится в ряде ферментов, абсолютно нуждающихся в нем для проявления своей активности. Ц е з и й входит в состав животных тканей в очень незначительных количествах, его физиологич. и биологич. роль полностью не выяснена