Биоэлементы(Луцкий Д.Л., Николаев А.А)

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АСТРАХАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

Г1освящ ается 90-летию со Дня рождения Евгения Ивановича Руденко тапанпиивого ученого, замечательного педагога и популяризатора науки.

Б И О Э Л Е М Е Н Т Ы

Учебное пособие

А с т р а х а н ь

интересующ ихся

ББК 28.072

JI 86

УДК 577.17.049.004.14 (07)

Луцкий Д П., Николаев А. А. Биоэлементы: Учебное пособие - Астрахань, 1690 - С 40

Учебное пособие составлено зав. кафедрой обшей и йиоорпшичсской химии Астраханской медицинской академии, д-ром мед. наук, профессором А. Л. Николае­ вым и аспирантом кафедры общей и биоорганической химии Асгрпчпнской медицин­ ской академии Д. Л. Лущим

В учебном пособии изложены основные сведенья о микро- и макро цемен­ тах. Два макроэлемента: Na и К. а.также шесть эссенциальных микроэлементов: Si. Си. Fe. Zn. Se и I рассмотрены более подробно. Для этих элементе)! принолшея расиространенность в природе, пути поступления. транспорта. МИМИНШШИ. фитологи­ ческая роль, молекулярные основы патологических процессов ■ьмшмшмч и\ недос-

татком или избытком.

Для студентов медицинских и биологических вузов, а тнк же для широкого круга лиц современными вопросами учения о биогенных нечетах.

В методическом пособии таблиц 6, рисунков I .

Рецензенты:

А. Ф . Сокольский, доктор биологических наук, профессор, академик М А Н ЭБ, заведующий лабораторией экологии Клспийского бассейна «КаспН ИРХ»;

Н. Н. Тризно, доктор медицинских наук, профессор, заведую­ щий кафедрой патологической физиологии Астраханской го­ сударственной медицинской академии.

ПЕЧАТАЕТСЯ ПО РЕШЕНИЮ РЕДАКЦИОННОГО ИЗДАТЕЛЬСКО! О СОВЕТА АСТРАХАНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ.

С Луцкий Д.Л.. Николаев А.А.

С.Астраханская юсударственная медицинская академия.

ЯМПМП^ИMfCIUл *L.

ВВЕДЕНИЕ

Ж 92 встречающихся в природе элементов 8| элемент, в настоящее время, обнаружен в организме человека. Интересно, что все живые существа на Зсмче (и человек не исключение) на 99 % состой из 12 наиболее распространенных элементов, которые входят в 20 первых элементов периодической системы. В связи е этим разли­ чают макро- и микроэлементы. Макроэлементы встречаются в организмах в количе­ ствах от 10 % до 10 - % . микроэлементы - от 10 ° % и ниже. Более детальной класси­ фикации придерживается школа В. И. Вернадского, которая считает микроэлемента­ ми - элементы, встречающиеся в количестве от 10° % до 10‘5%. а элементы встре­ чающиеся в количестве <105% - ультрамикроэлементами. Однако, при определении места элемента среди макроили микроэлементов, кроме их содержания, важное зна­ чение играет и характер выполняемых ими функций. К макроэлементам относятся: кислород, водород, углерод, азот, кальций, сера, фосфор, калий, магний, натрий, хлор. К микроэлементам относятся все остальные элементы. Среди микроэлементов выде­ ляют группу жизненно необходимых - эссенциальных. Группа эссенциальных эле­ ментов постоянно расширяется, по мере появления убедительных доказательств эссенциальности того или иного элемента В настоящее время к эссенциапьным микро­ элементам относят группу из 15 элементов: железо, медь, йод. цинк, кобальт, хром, молибден, никель, ванадий, сслен, марганец, мышьяк, фтор, кремний, литий. Наруше­ ния обмена микроэлементов может приводить к различным патологическим состоя­ ниям. Патологические процессы, вызванные дефицитом, избытком или дисбалансом микроэлементов в организме называются микроэлементозами.

Академик АМН Александр Павлович Авцын разработал классификацию микроэлементозов человека:

1.Природные эндогенные

1.1.Врожденные (в основе заболевания может лежать микроэлементоз матери) 1.2.Наследственные (в основе заболевания —патология хромосом или генов)

2.11риролные экзогенные

2.1.Вызванные дефицитом микроэлемента 2.2.Вызванные избытком микроэлемента

2.3.Вызванные дисбалансом микроэлементов

3.Техногенные 3.1.11ромышленные (профессиональные)

3.2.Соседские (по соседству с производством)

З.ЗЛ рансгрессивные (на значительном удалении от производства, за счег водно­ го или воздушного переноса микроэлементов)

4.Ятрогенные (заболевания и синдромы, связанные с интенсивным лечением (нероральным, парентеральным, чрезкожным. ингаляционным) разных болезней препаратами, содержащими микроэлементы, а также с по;церживающей тера­ пией (например, с полным парентеральным питанием) и с некоторыми лечебны­ ми процедурами (например, - диализ), не обеспечивающими организм необхо­ димым уровнем жизненно важных микроэлементов)

4.1.Вызванные дефицитом микроэлемента	'
4.2.Вызванные избытком микроэлемента
4.3.Вызванные дисбалансом микроэлементов

КРЕМНИЙ

MSi28.086 Зр*

Кft;

Содержание в органах и тканях

Содержание кремния в органах и ткцимх человеки относительно велико. У человека в десятки, а в отдельных случаях в сот ни pft* ею содержание выше. чем. например. \ крыс. Особенно высоко содержание кремния и лимфатических узлах. где он может присутствовав ь в виде отдельных скоплениП метких зернышек квариа:

Гпрчнее содержание кремния в плазме крови чеж^нека.сосгавляст ().:> мг/л. Плазма ктнПмГдругие жидкие среды орлтшпиа1содержлI ЛГГчТи весь кремний в виде растворимой свободной кремниевой кислоты и мало различаются между сооой по ее копнетрании. что свидетельствует о легкости ее диффузии мере* мемораны. G. Worth в результате длительных наблюдений, показал, чю концентрация кремния н крови практически не меняется в зависимости от возраст, пола, профессии, состояния дыхате ibHoro траюа. но повышается при введении соединений этого элемента.

\Ыболее Ш !>.'• тРахеи* сухожилия, кость. ^^^ГГГ^илер.мальныс оАпачоианши-С возрастом концентрация эгою микро-

~~-г1етпгРтТ1^ ^ нителыюй ткани снижается. Высокие копнет рации п ою микро>леаденга найдены* к эпидермисе и волосах. Кремний концентрируется в роговом слое ко­ жи и к\тик\ те волоса. Повышенные концентрации этого микроэлемента найдены пкже в'воэосяном покрове животных и в перьях чтиц в составе не растворимого в щекочи компонента. Па со долю приходится окаю 0.4->.7 % их массы, смигскя.мто это повышает химическою стойкость и снижающего их адеорониоиные своичва. Высокое содержание кремния свойственно также зубной эмали человека и эпифизам

бетпенной коеги ооезьян резусов.

Высокое содержание кремния в соединительной ткани связано с ею ирису г- гткием в качестве стр\кт\рпого компонента в составе гликозаминогликанов и ич оелковых комплексов, образующих осгов данных тканей и придающих им прочное!ь и

упру гост ь.

Суточный баланс Si для человека

'Элемент,	Ностчплени?с			Выделение с		Волосами•1
			| Мочой
единица	Пищей и	Возоухом		Калом	Потом
измерения	жидкостями	15.0(?)	10.0	10.0	Следы	0.3
Кремний, мг	3.5

Поступление

Ежедневная потребность организма в кремнии составляет 20-30 мг коемне-

мг^ £ «9 ш ш и - 15 мг. Организм челове­ ка \сваивае1 в сугки 9-14 мг кремния, что хорошо соответствует количеству его су­

точного выл^ения с мочой - 9 мг. Усвоение кремния из пищи, богатой клетчатки

та ра3а Вы'ис-Чем оелной клет^гатеой. У шахтеров: имеющихТ^шгсльиый^ там с кремниевои пылью, концентрация его в моче в десятки раз превышает нормы

Oic\ 1ств\ют данные о механизме всасывания кремния из таких соединений как

имаМпеЗСМ' °Р токРемневая кислота, пектин, мукополисахариды, органический крем­

нии. Величина всасывания кремния из желудочно-кишечного тракта составляет для всех соединении этого элемента около 1%.

У человека кремниевые кислоты, присутствующие в пище и напитках чегко всасываются и быстро выводятся с мочой. Значительное влияние на усвоение кремния

оказывает форма его соединений, от которой, зависит содержание'растворимых соединении эюго микроэлемента в пищеварительном тракте.

п п , 1тИ * ак и в с-'-учае большинства других микроэлементов, всасывание кремния в силыюи и июни зависит от различных минеральных компонентов рациона, которые

относятся к Л Т Тк Р(п т °Рм °ДТЬ JT°™ МИКР °э;1емента. К числу таких компонентов -0> С а (°Н ), MgO и осооенно алюминий, осаждающие кремниевую ки­

слот) в виде нерастворимых силикатов. Кремний, в свою очередь, затрудняет всасы­ вание марганца, так как он образует с ним не усваивающийся силикат. '

Транспорт

Биологические жидкости организма свободно обмениваются кремнием Ор- ?-Овганизм.. поступает во все жидкие спелы и тканив

„.ШШа^Концентраиия кремния в жидких средах организма^сключая моччГблизтаТ" его концентрации в плазме крови. Основной транспортной формой этого микроэле­

мента в крови являются, поликремневые кислоты, состоящие из 4-5 остатков коемниевои кислоты. *

Элиминация

димос из QDI анизма. ^аицсит <ур ерт^Ур^ачия R пиша* но' и^?ё^ приё^мре^ля^- мыи скоростью и степенью усвоения этого микроэлемента в пищеварительном тракте. Количество кремния в моче не лимитируется скоростью его выведения почками.

не за.1ерживлстсдАар.гаш:злши быстро лш ахш ь, ся с мочой, олагодаря чему ею концентрация в крови даже при самых широких коле­

баниях содержания этого микроэлемента в пище меняется незначительно.

Физиологическая роль

Офизиологической роли кремния в организме млекопитающих, в том числе

иу человека, известно пока не очень много. Первые данное, свидетельствующие об эссенциальности кремния, были получены Е. М. Carlisle в/1969 г. in vitro с помощью электронного микрозондирования кости, показавшего, чЬч> кремний специфически

концентрируется в участках активного роста молодой костной ткани крыс и Мышей. а ранних стадиях кальцификации содержание кремния и кальция в участках актив­ ного роста невелико. В процессе минерализации кости оно вначале возрастает, а по

4

мере достижения кальцием концентраций, соответетьующих -зрелому костному апати­ ту. снова снижается до минимума. Отношение кальция к фосфору в участках, богатых кремнием, не достигает 1. а в зрелом костном апатите оно составляет 1,67. Эти дан­ ные пом<оляюг считать, чю кремний^наряду с фосфором пццщшаа.^часше н форми­ ровании ор1;анической мшршды кости^адачальных этапах се дадыхифиодщи.

Необходимость кремния для процессов оссификации была показана также в опытах in vivo, показавших, что включение кремния ь рацион ускоряет процесс мине­ рализации кости у крыс и повышает ее зольность. У цыплят, испытывающих дефицит кремния, утончаются трубчатые кости конечности и компактное вещество днафизов. снижается их эластичность. Череп уменьшается в размерах и деформируется. ею кос­ ти уплощаются. Деформация черепа при дефиците кремния наблюдается и в опытах на крысах. В дальнейшем было установлено, что в процессе развития и формирования кости кремний взаимодействует с магнием и фтором. Выявлена зависимость действия кремния от гормонального-баланса организма и состояния его минерально! о обмена.

При дефиците кремния отмечены нарушения синтеза гликозамино! ликанов. основною вещества хряша и соединительнотканных волокон, что приводит к патоло­ гическим процессам в хрящевой ткани.

Приведенные данные свидетельствуют, что кремний в первую очередь необ­ ходим для формирования основного вещества кости и хряща, но можег принимав и непосредственное участие в процессе минерализации костной ткани. Физиологи­ ческая роль кремния при этом связана в основном с синтезом тликозамипогликанов и коллагена. При репаративных процессах в костной ткани отмечено увеличение (ино­ гда в 50 раз) содержания этою микроэлемента. И напротив, иммобилинтия конечно­ сти сопровождается снижением содержания кремния в мышцах, сухожилиях и в кост­ ной ткани (Иваненко А. П., 1971]. Наблюдения на живых организмах были подтвер­ ждены в опытах с культурами тканей.

ч ^ н ктшя кремния в синтезе коллагена связана, по-видимому, со спосооностью данного микроэлемента активировать пролин-2-оксоглутаратдиоксо1снизу (иро-

лишидроксилазу) (К Ф 1.14.11.2).

Молекулярные основы патологии при недостатке

или избытке кремния

Гак как кремний является эссенциальпым микроэлементом, патологические изменения v человека могут быть обусловлены как его недостаточностью, так и из­ бытком. С медицинской точки зрения, убедительных данных о наличии у человека патологических процессов, вызванных дефицитом кремния, пока нет. В литературе имеются отдельные сообщения, о пониженном содержании этою микроэлемента при ряде патологических состояний. Более того, добавление к пище соединений кремния нередко оказывает благотворное влияние на течение этих патологических процессов. Фактором риска развития кремнийдефицитных состояний может являться длительное несбалансированное в отношении этого жизненно важного микроиемепта паренieралыюе питание больных. Считается, что одним из простых признаков недо­ статочности кремния в организме может служить п о вы ш ен н ая ломкость ногтей и ут­

рата ими нормальной флюоресценции в ультрафиолетовом свете.

Наиболее известной и изученной патологией, связанной с избыточным, по­

ступлением	в организм кремния,	уиликоз. Этот термин впервые был предло­
жен в 1870	1. Visconti. Широкое распространение имеет тоКсико-химическая теория

развития силикоза, согласно которой развитие силикоза о б ъ ясн яется действием сво­ бодной или связанной двуокиси кремния. При этом считалось, что друше пыли, не содержащие кремнезема, не оказывают выраженного.фиброгенного действия.

Самая крупная (5.0-7.0 мкм) кварцсодержащая пыль обычно приводит к раз-

™" ШеВ0Г° 0Р°ихита. Частицы кварца диаметром 0.5-2.0 мкм обладают наиболее выраженным цитотоксическим эффектом и приводят к формированию узелковых

форм силикоза. Попадание в легкие высокодисперсных (0.2—0.3 мкм) кварцевых частиц сопровождается развитием диффузных склеротических изменений.

4 Кремнезем представляет собой решетку из кремнекислородных тетраэдров

. где каждый атом кремния окружен четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода принадлежит одновременно двум атомам кремния. В биологических средах каждая кварцевая пылевая частица несет на своей поверхности ОН-группы. в результате чею она обладает физико-химическими свойствами, позволяющими отне­ сти кремнезем к полиэлектролитам. С наличием ОН-групп на поверхности кремнезе­ ма связывается фиброгенность кварцевой пыли.

Пусковым механизмом развития силикотических изменений, как в легких, так и в других органах и тканях являются фагоцитоз частиц кремнезема макрофагами, гиоель последних и активация фибробластов. Без такой последовательной смены про­

цесса фагоцитоза, гиоели и распада макрофагов пыль, даже кварцевая, фиброгенным действием не обладает.

Эпидемиологические исследования и биогеохимическая оценка окружаю­ щей среды свидетельствуют о том. что кремний играет определенную роль в процессе атеросклероза. J. Loeper и соавт. (1979) показали, что в аорте содержится наиболее высокая концентрация этого микроэлемента. Кремний, введенный per os или внутри­ венно. тормозит развитие у кроликов экспериментального атеросклероза. Показано, что содержание кремния в интиме аорты возрастает со степенью как первичного, так и вторичного атеросклероза. Отмечена положительная корреляция между содержани­ ем кремния и дерматансульфатом — одним из компонентов гликозаминогликанов. Предполагается, что кремний может защищать интиму аорты человека от ее ин­ фильтрации липидами за счет уменьшения проницаемости соединительной ткани и межклеточного цемента.

Имеются сообщения, о нарушении обмена кремния при развитии злокачест­ венных опухолей. Установлено высокое содержание этого микроэлемента в опухоле­ вой ткани. В некоторых географических регионах с высокой заболеваемостью раком пищевода почвы богаты кремнием. В исследованиях А. А. Жаворонкова и соавт. (1991 г.) эзофагобиопсий при изучении патологии пищевода жителей Гурьевской об­ ласти Казахстана выявлено в его слизистой оболочке наличие диатомовых водорослей

(Диатомовые водоросли, и т диатомеи, представляют собой одноклеточные микроскопические организмы, их размеры колеблются в широких пределах (от 4 0 до 1000.0 мкм и более). Клетка диатомеи состоит из протопласта, окруженного панцирем, inu кремнечемной оболочкой. Пан­ цирь состоит ич аморфного кремнезема. Стенки панциря пронизаны мельчайшими отверстия­ ми. которые обеспечивают обмен веществ между' протопластом клетки и окружающей сре­ дой.). Последние попадают в пищевод с питьевой водой.

6

МЕДЬ

29	l l b j
Cuf,3^46 3d	4s
К
L

M

N

Содержание e органах и тканях

В организме взрослою человека половина от обпито содержания мели нрнVO'1ится на мышпы и кости а 10 % ..я -ппч.и neneimJB частности. iiCMeiiu. uon.cep.nu.

		0 . ( Ш Ш К В : 0 . 0 5 2 « Л ) 5 :
нсшесгва мелIT'COOIвегегвенно. Небольшие количества^ о и с м с н -			а^	я “
легких, кишечнике, селезенке, коже и седерижггах - волосах. licc opi а,’ы..Л				...
ТкиШ стсйы содеТшаГн^ольи^Ге количеств меди. Н крсжи^сро.п'им и			/■	;
100 мкг меди, ипичем в эритроцитах и лейкоцитах - 6и мкк Значик.1 »			^	ос.
плазмы		крови на\0 1И1хя в исг^оТпазм!?не - важнейшем медьсодержащем
Е	л	сунероксиддисмутаза эригроиигов и леикчм= .
		Важно что концентрация меди в печени, мышцах и дрч и* |К‘*НЯЛ J		1 .

и'ниыч в несколько раз выше, чем в соответствующих тканях взрослых. Мель и.киа

имеет материнское происхождение, во время б ^ м е н н ^ Д						^ с ^
увеличивается, а выведение снижается. 1олько к 6-1_ месяцев . р						с
у детей достигает уровня взрослого.
	Суточный баланс Си для человека
')лечсит,	IIостугыение с			Выделение с			Волосами и
	Пищей и			Калом	Потом
единица		Воздухом	Мочой				ногтями
измерения	.жидкостями	0,02	0.05	3.4	0.04-0.4		0.003
Медь, мг	3.5
жел' iotiH'i^Kiji!!e4"il^M^^^^e ^Тре'н^Гшастся в нерастЕЮ|)и^^^					” •		^	1Ч1.К1
Т £ £ Х н < * ш > J L a »		р » ф 6»ру^ д а		« » »			%'	4 ,
иококП б % стенками жедллочио-кишечиого тракта. Смочои ВЫЛс- л								: >v
всосавшейся меди. Незначительное количество -now элемента выделяйся с

Основные процессы всасывания меди происходят в желудке и тонкой кишке, слизи­ стая оболочка которой содержит металлотионеин, образующий комплексные соеди­ нения с медью.

Процессы усвоения и обмена меди связаны с содержанием в пище других макро-. микроэлементов и органических соединений. Существует физиологический антагонизм между медью, с одной стороны, и молибденом и сульфатной серой - с другой. Нормальным соотношением меди и молибдена следует считать 10 : 1 при 0,1- 0,2 % сульфатов в сухой пище. Друг ими элементами, влияющими на усвоение и об­ мен меди у животных и человека, являются марганец, цинк, свинец, стронций, кад­ мий, серебро и другие.

Существует ряд соединений, вызывающих дефицит меди у животных. К их числу относятся сульфиды, карбонаты, соединения железа. Карбонат кальция в орга­ низме животных понижает кислотность среды в верхних отделах пищеварительного тракта, ограничивая всасывание меди, происходящее главным образом при величине pH ниже 7.0. Усвоение меди зависит и от типа ее соединений в пише.

Доступность меди из пищеварительного тракта определяется в первую оче­ редь характером лигандов, которые связывают этот элемент. В качестве последних мо(ут фигурировать щавелевая и фумаровая (но не лимонная) кислоты, комплексы которых с медью всасываются на 20 % быстрее, чем сульфат меди, а также комплексы этою элемента с аминокислотами, особенно с лейцином. Комплексы с синтетически­ ми пептидами усваиваются в обратной зависимости от степени полимеризации. Фи­ тиновая кислота и ее соли образуют очень прочные комплексы с медью и понижают всасывание этого элемента. Другими природными соединениями, снижающими ус­ воение меди, являются растительные пигменты, особенно хлорофилл, комплексы ко­ торых с медью малодоступны для животных при величине pH выше 3,2.

Из органических компонентов важное значение для отложения меди в ор­ ганизме имеет содержание в пище белка.

Транспорт

Пройдя через эпителий слизистой оболочки желудка и тонкой кишки или введенная внутривенно, медь связывается белком транскупреином и альбумином в отношении 2 : 1соответственно и в меньшей степени аминокислотами, преимущест­ венно гистидином. Из плазмы крови человека в количестве около 200 нг/мл выделен •также связанный с медью (или железом) трипептид - глицилгистидиллизин. ассоции­ рованный с альбуминовой и а-глобулиновой фракцией. Этот трипептид образует тройной комплекс с медью и альбумином и обеспечивает поступление меди (и желе­ за) внутрь клеток в нетоксичной и доступной для них форме. У плода функцию транспорта меди вместо альбумина выполняет а-фетопротеин, имеющий близкую к альбумину первичную структуру.

Значительную роль в обмене меди играют основные структурные элементы печени - гепатоциты. Поступающая в них через систему воротной вены медь свяэыва-/ ется первоначально металлотионеином. Синтез металлотионеина регулируется со/ держанием цинка и меди в печени на уровне транскрипции мРНК. Тионеин выполня­ ет функции детоксикации меди и ее внутриклеточного транспорта.

Медь, первоначально связанная металлотионеином. в дальнейшем включа­ ется в церулоплазмин, другие медьсодержащие ферменты и компоненты желчи. Це­ рулоплазмин наряду со своими функциями оксидазы выполняет также роль транс­ портного белка переносящего медь уже на тканевые ферменты и, в перву ю очередь, на цитохромоксидазу.

9

8

Э Л Ш 1 организме человека ежедневно около 0.5 мг моли иключасгся ь

состав ,1еру!.ош.азмина и выделяется с желчью и виде i рул,канализируемо, о сосдинения почти не подвергающегося обратному всасыванию. ^

У человека и всех изученных видов животных, преооладаюшая часть not у- п^пей в «р'анизм мели, выАелясся с калом. Большая часть по,-о микротлеменгх присутствующая в кале, >то не всосавшаяся медь пищи и меньшая час,ь )iuoiсип.

Ги вь тетонная е желчью и через стенки желудочно-кишечного трак!а.

Вы ш и н е меди с мочой, весьма ограничено. У человека оно составляй в

норме '>0-60 мкг в емки. По при болезни Вильсона-Коновалова количество мел . выделяемой с мочой, можег достигать ЬОО мкг в сутки.

Физиологическая роль , .

Меть участвует в биохимических процессах, прежде всею, как neoibc. . -

мая ччеть этектпонпереносящих белков, осуществляющих реакции окисления орын - мая ь, ^ «отеку тярным кислородом. 'Этой ролью она обязана своим осооым

йп^аоавТирози'тзс - двуядерпый..Ряд белков содержит чегыре и более ионов мели входятих в состав центров обоих типов, для них характерна необычно и,т.н-

сивнаяюлубая окраска.

^ х гймов°К1?итенсивно голубая, обнаруживаемая ЗПР (ОПР - г.екгронныйj,apa-

^ Г й Д	Г Й ^ п е г о ^ а я .	обнашиваемая ЭПР. и 3) неголуоая. не оонару-
живаемая^)11Р (таблица		медным центром „ з и р у ю т евшую реак-
иИШ‘	R !£’H-.NR2 + О -+ Н-.0-» R 'C H O + H N R" +
	О т, шиооко распространены в природе. Из-за того, что аминиксидазы жи-
O.V.IIMV ноипимакУГ участие в катаболизме и инактивации многих фшио.кничсски
№ивны\ аминовЕ1исгамин. ирешынн. тара»™. .			.............. Ф->-

ниякуклоро-и.	с^, и|11Прецнсй мемйрачы миншчариП -■имеет
	niuik'VKi к 140000 и состоит и:* 7 субъединиц. NiO.ieKy.ki ниго

оксидаза млекопитающих имеющая го Як? протеин плазмы крови - единственная

полипеитидной цепью с установтенной пЛ ? ” Ц ”СТ’ ЭГОТ ФеРмент образован одной остатков), имеет молеку тярнмо Maecv 1И П т ™ 0*1СТРУКТУР0Й <,<М6 аминокислотных

ных типов и четыре цепочки	садеРжиг 6 а™ о в меди трех различ-
сиаловой кислоты. Церулоплазмин -	i.vnf’ п?стРоенных из остатков гексозамина и

активностью ферроксидазы ам и н о кти п я™ Ф ункционалышй белок, обладающий вуюший в гомеостазе мети и играющий nont-4npJH4H° супеР °?с‘1ДЛИСМ>тазы. участ­ и е процессах, заШиШаЛ , п

Молекулярные основы патологии при недостатке
или избытке меди	ипатке

вотных в *1927 г. М°ЛИ *ГИ,,0КУ преоз) был впервые обнаружен у лабораторных жи-

питании и фи^отоги^ско^анемии* fi,° BeKa возмо* на ПРИ полном парентеральном

соединительной ° ПИСаЛ рСДКИЙ П0Р0К Р ™ *

ЦИЯ росга ?утмип!я и'1етЧа1КИ' ан-0малии формирования грудной клетки, диспропор-

	Нарушения метаболизма при недостаточности меди								Таблица 1.
	I	- :	' L> 1*		I I ИI I	иц^nin-- —-
	Ахромотрихия				.Т.Г.Г49Ш	т	‘	*	^ & P A f£ H T A &?>■-
					Нарушение синтеза меланина				Тирозиназа
	Нар\шения		формирования
					Нарушение образования			попе­	Аминоксидаза соединительной
	сердечно-еоеудистой систе-				речных сшивок коллагеновых и
	мы,	скелета,	коллагена	и	эластических волокон				ткани (лизилоксидаза)
	элаегина
	Поражение ЦНС				ИПЛП 1Я*)иа kiiiATiiJim
	Поражение I\)1C				1шилjjjaniJf МИСЛиНЗ				Цитохром-с-оксидаза
					Нарушение синтеза катехола­ Дофамин-р-гидроксилаза
					минов
	установче^о		wo cMM'innu		1 7 * ™	“ П0Сле леРв0Г0 клинического описания было
	как у'эти, боZ u J и « Г ^			Марфана °™ °сится к медьдефицитным заболеваниям, так
	у пи ^больн«х имеется конституциональная недостаточность лизилоксидазы.
	nenn i и нпа		наиоолее известных форм патологии медного обмена - гепатоце-
	пппгп!	ЛИСТР °Ф ИЯ или иначе болезнь Вильсона-Коновалова, представ 1яет собой

KD\iimn tT,«K)IUCC легенеративное наследственное заболевание ЦМС, сочетающееся с

L J Г Циррозом печени. При этой болезни особенно типичны экстоапиоа милные симптомы в виде мышечной ригидности. разнообразны ГгиТркиЗГ^

....

тройства психических функций, отложение по периферии роговицы медьсодержаще­ го 'зеленоватого пигмент а '(роговичные кольца Кайзера-Флсйшера). -частые проявле­ ния геморрагического диатеза, атония капилляров и застой кровотока. остеопороз. ломкость костей. Патология печени выявляется примерно у 1/3 больных, главным образом с помощью функциональных проб. В крови, обычно, понижена концентрация белка и резко уменьшено содержание .церулоплазмина.

Крупный успех в лечении одного из тяжелейших наследственных неуклонно прогрессирующих микроэлемент озов, которым является болезнь ВильсонаКоновалова. имеет принципиальное значение. Наилучшие результаты дает длительное применение L-пеницилламина. Оно может вести к полному исчезновению клиниче­ ских симптомов. Значительный эффект даюг тиоловые препараты, связывающие медь и выводящие ее из организма. Эго показывает* что именно м^едь HI рает i лавную наю- генегическу ю роль в возникновении основных симптомов заболевания.

Недостаточность меди вызывает анемию у всех исследованных видов жи­ вотных. однако, конкрегпая роль мели в процессах гемопоэза остается неясной. Медьдефицитная анемия у человека отмечена при продолжительном полном паренте­ ральном питании и вскармливании детей молочными смесями, бедными мелью. При­ ем препаратов меди приводит к полной нормализации всех отмеченных нарушении.

Медь обладает выраженным противовоспалительным свойством, смягчает проявление аутоиммунных заболеваний, таких, например, как ревматоидный артрит.

Дефицит меди отражается и на липидном составе плазмы крови. Он выража­ ется повышенным содержанием холестерина, триглицеридов и фосфолипидов.

Токсические повреждения организма медью и ее соединениями нредыавляют собой существенный вопрос профессиональной патологии Дисбатанс меди и дру- г"х ^поэ'лементов и макроэлементов широко, изучаете» в физиологии и патологии се 1ьеко\озяйственных животных, имеет большое практическое и иотанаклыкк та •кипел* проблемы рационального питания. Разные формы дисбаланса мели и др>- гих микроэлементов имеют свои аналоги в клинической медицине.

ЖЕЛЕЗО

26F e 55,847 3 d64s2

К	It
L	п
		п Н и
М	и
		N и н
	N
N		п t t t t

Содержание в органах и тканях

Железо в организме взрослого человека содержится в количестве ~4.2 г. в том числе в эритроцитах 2.4 г. Было показано, что 20-25 % железа являются резерв­ ными. 5-10 % содержаться в миоглобине. около 1 % входит в состав дыхательных

ферментов. Железо входит в состав более 70 ферментов и распространено во всех тканях организма.

Элемент,		Суточный баланс Fe для человека ,
	Нол	Поступление с			Выделение с
единица		Пищей 1/	Воздухом	Мочой	Калом	Потом
измерения	М	.жидкостями					Волосами
Железо, мг		16.0	0,03	0,25	15.0	0,5	0,013
	Ж	12,0	0,03	0,20	Г ii,o	0.5	0.015

Поступление

Гомеостаз железа обеспечивается в основном регуляцией его всасывания, так как способность организма к выделению этого элемента ограничена. Существует выраженная обратная зависимость между обеспеченностью железом и его всасывани­ ем в пищеварительном тракте. Всасывание железа зависит от: I) возраста, обеспечен­ ности организма железом, состояния здоровья; 2) состояния желудочно-кишечного тракта: 3) количества и химических форм поступающего железа "и 4) количества и форм прочих компонентов рациона. Всасыванию негемового железа предшествует, распад его координационных соединений, а гемовое железо всасывается в составе порфиринового макроцикла. Для всасывания железа-необходима нормальная секре­

ция желудочного сока (нормальное значение pH). Прием соляной кислоты способст­ вует усвоению железа при ахлоргидрии.

12

Аскорбиновая кислота, восстанавливающая железо и образующая с ним хелагные комплексы, повышает доступность этого элемента, так же как и другие орга­ нические кислоты. Другим.компонентом-рациона, улучшающим всасывание железа, является наличие в пищевом рационе животных белков, за счет образования легко усвояемых комплексов железа с аминокислотами и в первую очередь со свободным или пептидносвязанным цистеином. Улучшают всасывание железа простые утлсводы - лактоза, фруктоза, сорбит, а также такие аминокислоты, как гистидин, лизин и упо­ мянутый выше цисгеин, которые ооразуют с железом тридентагные хс.шгы.

Транспорт

Транспорт и депонирование железа осуществляется группой оелков - сидерофилинов. '>го негемовые гдикопротеииы с молекулярной массой около 75000-77000 и содержанием углеводов около 6-8 %. К ним относится трансфсррин из плазмы кро­ ви позвоночных, лактоферрин молока и кональбумин (овотрансферрин) из крови и яиц нтин. Сидерофнлины различаются по физическим, химическим и нммчнодогическим свойствам, но все имеют но два участка связывания |рсхвалентп010 железа. Наиболее изученным представителем этой i-руппы является трансфсррин. относящий­ ся к В-глоб\линам. У человека известно 15 генетических вариантов грансферрина. из которых чаще других встречаются варианты А. В и С. Главная функция грансферрина - это транспорт всосавшегося железа в его депо (печень, селезенка), в регикулошп ы и их предшественники в костном мозге. Трансферрин способен связывай, и ионы дру­ гих металлов (Zn. СЧ». Са и др.). Трансферрии связывается специфическими рецепто­ рами на мембранах ретикулоцитов. отдает клетке железо и возвращается в циркуля­ цию в виде лишенной железа формы (апотрансферрина). Из общего количества трансфсррина в организме человека только 25-40 % содержит железо. Оошая жслезосвязыванмиая способность плазмы крови, определяемая содержанием и ней транс-

феррина. составляет у здорового человека 44.7-71.6 мкмоль/л.

Другая важная роль сидерофилинов - это ограничение доступности же леи для бактерий и опухолевых тканей, поэтому они представляют собой самостоятель­ н о систему естественного иммунитета.

Другой презегавтель - лактоферрин. присутствует R молоке и оо.тыпинст ве прчтйх секретов, является главным белковым компонентом специфических гранул полиморфно-ядерных нейтрофилов. Лактоферрин способен связывать изоыток железа

в пищеварительном тракте. ^

В же IV ючном соке обнаружен железосвязываюший оелок. который получил название «1аст роферрин». 1-то содержание снижается при дефиците железа и увеличиваетея при его нормальном и повышенном поступлении с пишеи. Существуем . и-

потеза. что этот б е л о к	принимает участие в регуляции всасывания железа, однако она
недостаточно подкрепляется фактами.
Элиминация	,

Жетезо вы юляется из организма преимущественно путем слушивания щитемя с жзистой оболочки, а также с желчью. Оно теряется (в значительно меньших кошчествах) с волосами, иопями. мочой и потом. Общее количество выделяемою таким образом железа составляет у здорового мужчины 0.6-1 мг в сутки, а >женшин ренролчктшшого возраста немногим более 1.5 мг. Такое же количество лелсм >с- ваивается из съедаемой нищи, что составляет 5-10 % от его' оошею содержания в ра-

ционс.

Физиологическая роль

порт этек^ттй 1ш ™ аВС биомолек>л выполняет несколько важных функций: транс-

стопо а Ь н Г ,п п Г ° Ромь|-,железосеРопРотеиды); транспорт и депонирование ки­ слорода (миоглооин. гемоглооин. эритрокруорин. гемэритрин. хлорокпуопин)- фоп-

п!Ттг1Т 4 <|К7 гВИЫХ Центров окислительно-восстановительных ферментов (оксидазы. гидролсилазы. суперокеиддисмутаза и др.).

ne.in.-a ч ',!И™ ХР0МЫ “ 7Г0 ,емопРотеиды. выполняющие функцию электронного пе-

йг.» 4 лыхания и Фотосинтеза, основанную на обратимом окислении dluMu ЖСлСЗ<1.

Железосеропротеиды - важная фуппа электронпереносящих белков. Они содержат негемовое железо, связанное четырьмя лигандами с серой, образующими кластер с тетраэдрическои или искаженной тетраэдрической геометрией Сера класте­ ра принадлежит как цистеиновым остаткам полнпептидной цепи, так и неорганиче­ ский «лабильной» сере (исключая руоредоксин). Железосеропротеиды подразделяют в зависимости от числа атомов железа в кластере. В эту группу входят сукцннатде-

гидроюназа. дегидрогеназа электронпереносящего флавопротеща.’ NADH- дегидрогеназа и другие ферменты.

Важнейшим кислородпереносящим белком позвоночных является гемогдоин. характеристику которого можно найти в учебниках физиологии и биохимии, толь же хорошо изучен и миоглобин, ооеспечивающий депонирование кислорода и

его перенос на дыхательные ферменты.

К оксидоредуктазам, содержащим гемовое железо, относятся обширные се­ мейства пероксидаз и каталаз. Пероксидазы катализируют окислительные реакции, в которых в качестве окислителя участвуют перекись водорода или замещенные пере­ киси. Из многочисленных представителей этой группы ферментов у млекопитающих наиоолее хорошо изучены лактопероксидаза, тиреопероксидаза и миелопероксидаза.

1иреопероксидаза прочно связана с мембранами эндоплазматической сети

фолликулярных эндокриноцитов щитовидной железы и принимает участие в биосин­ тезе йодткрснинов.

Миелопероксидаза — гемопротеид, выдеденый из лейкоцитов. Основной

функцией фермента является его участие в процессах фагоцитоза и лизиса микроор­

ганизмов.

1

Молекулярные основы патологии при недостатке или избытке железа

I Jo данным ВОЗ. частота гипосидероза в различных популяциях колеблется 01 -0 до 95 %. В Индии и в некоторых частях Африки более 50 % населения .страдают анемиями и от 10 до 40 % материнской смертности во время беременности и родов связано с анемиями, более половины детей на планете страдает анемиями, большая часть которых относится к жслезодефицитным.

Эти патологические состояния и заболевания встречаются не только в разви­ вающихся странах, не менее 18 млн жителей США страдают гипосидерозом. В это число вошли только больные, обратившиеся за медицинской помощью. Гипосидероз распространен среди лиц молодого возраста, причем в группе 14-16-летних он чаше регистрируется у девочек. Более высокая частота гипосидероза у девушек отчетливо заметна уже в возрасте от 17 до 20 лет и резко преобладает у женщин от 30 до 39 лет.

По мнению 1. Bemat (1983). при железодефиците страдает весь организм, а гипохромная анемия - это поздняя стадия болезни. Отдельные признаки гипосидедоза

неспецифичны и выражаются в легкой утомляемости, головных болях, повышенной возоудимоети или. напротив, депрессии.

15

В настоящее время общепринято, чю диагтюз жедезодефицитных состояний

.надо ставить до развития полной картины заболевания, то есть до возникновения гииохромной анемии. К современным методам диагностики гипосидсроза относи гея определение концентрации железа и трансферрина в сыворотке крови, а также про­ цента насыщения транеферрина. К чтой триаде надо добавить измерение концентра­ ции ферритина в сыворотке крови, которое является ранним и надежным диагности­ ческим тестом, в достаточной степени отражающим запасы железа в организме. До­ полнительным диагностическим'тестом для распознавания гипосидероза считается 'определение концентрации свободного эритроцитарногс иротопорфирина.

	Избыточное содержание железа в организме носит название «гиперсидероз».
Он может иметь местный и генерализованный характер.
,	Экзогенный гиперсидероз (или просто -- сидероз) нередко наблюдается у

шахтеров, участвующих в разработке красных железных руд, и у электросварщиков. Сидероз шахтеров может выражаться в массивных отложениях железа в ткани легких. Местный сидероз встречается при внедрении в ткани железных осколков. В частно­ сти. выделен сидероз глазного яблока с отложением гидрата окиси железа в цилиар­ ном теле, эпителии передней камеры, хрусталике, сетчатке и в зрительном нерве.

Эндогенный сидероз чаще всею имеет гемоглобиновое происхождение и возникает в результате разрушения этого пигмента крови в организме. Гемосидсрин представляет собой агрегат гидроокиси железа, соединенного с белками, гликозаминогликаиами и липидами. Очаговое отложение гемосидерина. как правило, наблюда­ ется на месте кровоизлияний.

Особой формой наследственных отложений гемосидерина. имеющего про­ исхождение из ферритина в результате изменения клеточного обмена, является гемохроматоз. При этом заболевании особенно большие отложения железа наблюдаются в печени, поджелудочной железе, почках, в клетках системы мононукдеарных фагоци­ тов, а также в слизистых железах трахеи, вЩитовидной железе, эпителии языка и мышцах. Наиболее известен первичный, или идионатический. гемохроматоз - наслед­ ственное заболевание, для которого характерны нарушение обмена железосодержа­ щих пигментов, повышенное всасывание в кишечнике железа и накопление ею в тка­ нях и органах с разви тием в них выраженных изменений. Заболевают преи.мхщестиенно мужчины с явлениями гипогонадизма и при симптомах феминизации. К ранним симптомам относится увеличение печени, к которому присоединяются сахарный диа­ бет {за счет фиброза поджелудочной железы) и прогрессирующее поюмисние кожи (бронзовый диабет).

Редкая форма гииерсидероза - это синдром Гуднасчера. который представ­ ляет собой заболевание аутоиммунной природы. Антигеном, очевидно, являются бел­ ки базальных мембран легочных и гломерулярных капилляров. В клинической карти­ не отмечаются кровохарканье, гематурия и анемия. В легких наблюдаются отложения гемосидерина. Болеют преимущественно лица старше 16 лет, но возможно развит ие заболевания у подрост ков и деюй.

16

цинк

30^Пб5Д8 3 d l04s2

Ш1

—в органах и тканях

1.5-2.3 I. Он обнаружен^всеТорганаГи^тканяхТдаакоегЧеЛОВеКа солержится всего

железа и сперматозоиды человека, а также гипоАиТп^					ТЭ аинком "Рвасгагелыия
а- и р-клетки островков Лангерганса) и печень.					Луд0Ч1'ая же-1еза (особенно
Элемент,		Суточный баланс 2п для человека
	Поступление с				Выделение с
единица	Нищей и
измерения	жидкостями	Воздухом	Мочой	Калом	Потом	Волосами и
Цинк. VII	13,0	<0.1	0,5	11,0	0.78	ногтями
Поступление						0.03
вание. к ч ^ о е " , ^					ии(1ка "мясгея его всасы-
металлотионеина вьфабетываемого			очевилно	Г		с
почках и печени. По мнению С. W. Evans и Е С				iohnsoпП 9Я0\™ Л™ КС кишечника'
креатическое происхождение; у груадых леи* *					Х ТГ°	ое;,ок имеет пан‘
простагландин Н2. содержащийся'в матепинг*™				рбции цинка принимает участие

ем. На абсорбцию цинка из кишечника ботмгтр *ШЛ0Ке' но 0ТС>Тствую т ий в коровь-

фигатов. а также содержание других элементов	^	1ИС 11ИЩейЫХ
кальция, ^оторыми он вступает в конкурентные *взаим?отаош еЕЬ		МСЛИ "

кишке. Всасывание^нк^череТисч^чмн™ ^' всасыва,-"гся в основном в тоукой

»«».> ! оро" “ шлт т

17

паесивньш (нсотк^лован^ньш)^

СР(1рЯЖ0„а ^-за­

тратой МК^ П1^

* и

= ~ & т а £ £ г № ^ = =

S T * «		«	r s s r s s
S,-Bopa NaC=. ык	в=	= усРваиваетсяH	л0 S85 % or общего5 =количоспиi S ^чж? ,
. n\ Г	^чпой пиши - всего 10-30 % . На всасывание цинка влияю.. ооъем
a&=Op0" 't x	„ ш » о с » т « м > Ф ш		т ■ »«» • — » ' t : r " Г	Г ” ,,"
а в 1981 г П К. Бачман выделила специфический цинкхм зываю ш ии о, н>к				! ки , ,
т я т Н К г“	к«ией стадией усвоения цинка является его взаимодейавне с в..утри-
кле,очными лигандами штерошпа. На

коми:ICKCы с низ	'о.^ггофи'шо/югич^ий антагонизм мели и .шика Р^-иры-ет.
ся отчасти на 'р овн е ме1ал.ютионеина. Синтез данного белка „,и у ,ш р > ^ ; ^		«и

^ S S S s ^ E

иИ" ’СШШЙ	“	ка через базолагеральнуо мембра* предсакляе,	.ю-
BH-UIV'OMV. активный процесс, требующий присутствия кислорода и s^ P dl ’с			^

Он имгибирчегся методическими ядами и может зависаь ,акж_ о. юспп.мои меiаллосвянлнаютич участков на плазменном а.л,очмин.

Транспорт

w Jlrre s r» : г,™;я		г	•——	1=««•=*.■>
меньшей степени супероксигдисмупзы		Н^™-	компоне,|т карооангидразы и в
видимому, с NiCM6pa .ofi	ч н а ™ в	Р° С количесгво		««««a связано, по­
ло 0.3 % цинка, который в отличие П п и Г . Г ™			СТРУКТУРЫ' Лейкоциты содержат
плазменными запасами и не оеагитет ия 1^ ,			рН0Г0 цинка не обменивается с его
портным белком плазмы	ро^и Т е р Гн о ся^ М			° СН08НЫМ ТРанс'
являсчея альбумин Созеожание п и н Л Т Д Т			метаболически активного цинка.
всасывания цинка коррелирует с содержанием? альбум'имя01-^ Г° '*Н°				из>'!":1,а' Степонь
вень циркулирующего ^^-мина^ожст и м ^			"с трансферрина. Уро-

всаеывания цинка. Альбумину принад1ежит важ на^ ^к u п ° Значсние в г|Роцсссах

i - s	s пг ;^ кг “ *“	—i»»-■*•-*>»--о
Элиминация
суточном^°с“	^Ц цинка	Т * ™	” РИ
. « ш ,	и М о % ,30«.500Р« г , - С J J S	С Г ™

т а т ,1ш111и"* посгупаег в мочу в	основном из ультрафильтрата плазмы кпови В
дииальных почечных канальцах он	обычно на 95 0/к птп^пга^т/'о г» " ^

" инка- "Ричем его количество отражает содержание это!о э .емента и пЯ

	Ж
элемента удаляется также с волосом и	Г ' ' °
Деление цинка в волосах является важным д и а г н о ^
	концентрации y ro r o 'Z

18

19