Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимические основы жизнедеятельности организма человека
Обмен воды и минеральных веществ
Минеральные вещества и их роль в организме

Минеральные вещества необходимы для осуществления многих биохими­ческих процессов в организме. Они являются незаменимыми факторами итания, так как в организме не образуются. Содержание минеральных ве­ществ в организме относительно невелико (4—10 % сухой массы тела) и зависит от функционального состояния организма, его возраста, характера питания и условий внешней среды.

В тканях организма минеральные вещества находятся чаще всего в виде ионов — катионов (Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Cu⁺, Mn²⁺, Cr²⁺, Co²⁺) или анионов (Cl^-, CО^2-₃, PО₄^3-, HCО₃, SO^2-₄, NО^-₃ и др.), а также в виде нерастворимых фосфатных солей Са₃(РО₄)₂ или в составе сложных органических соединений (например, железо в гемоглобине, миоглобине и др.).

Минеральный состав организма человека поддерживается на относи­тельно постоянном уровне, хотя может существенно изменяться под вли­янием различных факторов среды, в том числе и физических нагрузок.

Физические нагрузки сопровождаются выходом минеральных веществ из тканей в кровь, перераспределением их между тканями, а также уси­ленным выведением из организма с потом и мочой, особенно натрия, ка­лия и хлора. Недостаточное содержание минеральных веществ в организ­ме приводит к снижению физической работоспособности, а иногда и к возникновению тяжелых заболеваний.

Рассмотрим биологическую роль отдельных минеральных веществ в организме человека.

Биологическая роль макроэлементов. Кальций в организме челове­ка составляет около 40 % общего количества всех минеральных веществ. Он входит в состав костей и зубов, придавая им прочность, депонируется в мембранах ретикулума скелетных мышц, участвует в запуске сокраще­ния мышц, передаче нервных импульсов, регуляции проницаемости мем­бран клеток, в процессах свертывания крови, активирует многие обменные процессы, в том числе распад АТФ, способствует усвоению организмом железа и витамина В₁₂. Недостаточное поступление кальция в ткани орга­низма приводит к выходу его из костей, что вызывает снижение их проч­ности (остеопороз), а также нарушение функции нервной системы, крово­обращения, в том числе и мышечной деятельности.

Фосфор составляет 22 % от количества всех минеральных веществ. Около 80 % его количества находится в костях в виде фосфата кальция Са₃(РО₄)₂. Фосфор играет важную роль в процессах энергообразования, так как в виде остатков фосфорной кислоты входит в состав источников энергии — АТФ, АДФ, креатинфосфата, различных нуклеотидов, а также в состав переносчиков водорода НАДФ и некоторых продуктов обмена. Кроме того, фосфор участвует в построении и обмене многих органичес­ких соединений (нуклеиновых кислот, белков, ферментов, липидов, вита­минов). Соли фосфорной кислоты (NaH₂PО₄ и Na₂HPО₄) выполняют функ­цию буферной системы и участвуют в поддержании кислотно-основного равновесия организма. Недостаточность фосфора редко встречается у людей, в том числе у спортсменов при соблюдении сбалансированного питания.

Натрий и калий содержатся во всех тканях и жидкостях организма: калий — преимущественно внутри клеток, натрий — во внеклеточном пространстве. Оба они участвуют в проведении нервного импульса, воз­буждении тканей, создании осмотического давления крови (осмотически активные ионы), поддержании кислотно-основного равновесия (компо­ненты буферных систем), а также влияют на активность ферментов, нап­ример Na⁺-, K⁺-, АТФ-азы. Эти элементы регулируют обмен воды в орга­низме: ионы натрия удерживают воду в тканях и вызывают набухание бел­ков (образование коллоидов), что приводит к появлению отеков; ионы калия, наоборот, усиливают выведение натрия и воды из организма. Недостаточность натрия и калия в организме вызывает нарушение дея­тельности ЦНС, сократительного аппарата мышц, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем, что приводит к снижению физической работо­способности.

Магний в тканях организма находится в определенном соотношении с кальцием. Он влияет на энергетический обмен, синтез белка, поскольку является кофактором или активатором многих ферментов, которые назы­ваются киназами и выполняют функцию переноса фосфатной группы от молекулы АТФ на различные субстраты. Магний влияет также на возбуди­мость мышц, способствует выведению холестерина из организма. Недос­таточность его приводит к повышению нервно-мышечной возбудимости, появлению судорог и мышечной слабости.

Хлор относится к осмотически активным веществам и участвует в ре­гуляции осмотического давления и водного обмена клеток организма, ис­пользуется для образования соляной кислоты (НСl) — обязательного ком­понента желудочного сока. Недостаточность хлора в организме может привести к снижению артериального давления, способствует заболеванию инфарктом миокарда, вызывает утомляемость, раздражимость, сонли­вость.

Биологическая роль микроэлементов. Железо играет очень важную роль в процессах аэробного энергообразования в организме. Оно входит в состав белков гемоглобина, миоглобина, которые осуществляют транс­порт О₂ и СО₂ в организме, а также в состав цитохромов — компонентов дыхательной цепи, на которой протекают процессы биологического окис­ления и образования АТФ. Недостаточность железа в организме приводит к нарушению образования гемоглобина и снижению его концентрации в крови. Это может привести к развитию железодефицитной анемии, сниже­нию кислородной емкости крови и резкому снижению физической рабо­тоспособности.

Цинк входит в состав многих ферментов энергетического обмена, а также ферментов карбоангидразы, которая катализирует обмен Н₂СО₃, и лактатдегидрогеназы, регулирующей окислительный распад молочной кислоты. Он участвует в создании активной структуры белка инсулина — гормона поджелудочной железы, усиливает действие гормонов гипофиза (гонадотропного) и половых желез (тестостерона) на процессы синтеза белка. В последнее время доказано положительное влияние цинка на им­мунную систему, его антиоксидантное действие. Недостаточность цинка может привести к ослаблению иммунитета, потере аппетита, замедлению процессов роста.

Медь способствует росту организма, усиливает процессы кроветворе­ния, влияет на скорость окисления глюкозы и распад гликогена. Она входит в состав ферментов дыхательной цепи, повышает активность липазы, липсина и других ферментов. Для взрослых людей недостаточность меди не характерна.

Марганец, кобальт, хром используются организмом как кофакторы или активаторы многих ферментов, принимающих участие в обмене угле­водов, белков и липидов, синтезе холестерина, влияют на процессы кро­ветворения, повышают защитные силы организма. Хром также усиливает синтез белков, проявляя анаболическое действие. Марганец участвует в синтезе витамина С, что весьма существенно для спортсменов. Недостаточность этих микроэлементов в организме сопровождается злокачес­твенной анемией.

Йод необходим для построения гормонов щитовидной железы — ти­роксина и его производных. Недостаточность его в организме приводит к заболеваниям щитовидной железы (эндемический зоб): 150 мкг удовле­творяют суточную потребность организма в йоде.

Фтор входит в состав зубной эмали и дентина. Избыток его подавля­ет процессы тканевого дыхания и окисление жирных кислот. Недостаточ­ность фтора вызывает заболевание зубов (кариес), а избыток — пятнис­тость эмали (флуороз).

Биологическая роль ультрамикроэлементов. Селен оказывает ан­тиоксидантное действие, т. е. защищает клетки от чрезмерного перекисного окисления липидов, которое приводит к накоплению в тканях вредных перекисей водорода, так как он входит в состав фермента глутатионпероксидазы. При физических нагрузках эти процессы интенсифицируются и оказывают отрицательное влияние на организм. Поэтому селен часто вво­дится в состав специального спортивного питания. Данные последних лет свидетельствуют о том, что селен укрепляет иммунную систему и препят­ствует возникновению раковых клеток, участвует в передаче генетической информации. Суточная потребность в селене составляет 100—200 мкг. В организм селен поступает с водой и продуктами питания.

Ванадий является кофактором ферментов тканевого дыхания и влияет на процессы энергообразования.