Заболевания, вызываемые дефицитом или избытком элементов

Элемент	Дефицит	Избыток
Железо	Анемия	Гемохроматоз
Медь	Анемия	Хроническое интоксикация медью
Цинк	Задержка полового развития	Диарея
Кобальт	Анемия «Заболевание белой печени»	Сердечная недостаточность Полицитемия
Магний	Дисфункция гонад	Атаксия
Хром	Нарушение обмена глюкозы	Нефрит
Селен	Некроз печени	Мышечная дистрофия

Биодоступность, миграция и токсичность элементов зависит не только от физических и химических свойств самого компонента, но и от факторов окружающей среды, с которыми он взаимодействует. Важнейший фактор – кислотность почвы (рН). Подвижность большинства из них с уменьшением рН возрастает, в то время как защелачивание уменьшает биодоступность. Сильно влияет тип почвы. Так, например, почва с высоким содержанием органических компонентов (гумуса) оказывает на металлы хелатирующее (комплексообразующее) действие, что уменьшает их скорость миграции. Токсичность металлов зависит от атомного и ионного радиуса, буферной емкости, способности к химическим реакциям. Например, токсичность свинца и ртути больше выражена у их органических компонентов, чем у неорганических форм. Большое значение имеет степень окисления. Хром более токсичен при валентности, равной шести и меньше в трехвалентной форме. Некоторые из факторов внешней среды, которые влияют на биодоступность элементов перечислены в табл.10.3.

Таблица 10.3.

Факторы, влияющие на биодоступность металлов

рН

Окислительно--восстановительный (редокс) потенциал (Еh)

Органический углерод

Температура

Неорганические лиганды (F,Cl)

Сульфиды

Комплексообразователи (гумус, органические соединения)

Солевой состав среды

Метилирующие соединения

Способность к катионному или анионному обмену

Ионная сила среды

Жесткость воды

Следующим важным фактором в биодоступности является взаимодействие элементов. Иногда их воздействие друг на друга выглядит очень просто, как в случае калия и натрия. В других случаях имеют место многочисленные взаимосвязи на уровни коферментов, энзимов и др. (рис.10.2).

Медь входит в состав многих ферментов, которые участвуют в окислительно--восстановительных реакциях. Например, в состав Zn--Cu--зависимой супероксиддисмутазы. Биологическое окисление происходит с участием цитохромов, других медь--содержащих ферментов. Поперечные сшивки в коллагене и эластине, обеспечивающие их прочность и эластичность происходят с участием лизилоксидазы, относящейся к группе Cu--содержащих ферментов. Медь участвует в образовании сигнальных молекул нервной системы. Медь способствует включению железа в состав гемоглобина. Медь является компонентом, необходимым для функционирования иммунной системы человека.

Между медью, молибденом и серой имеется тесное взаимодействие. Сульфиды, образующиеся из сульфатов могут включать вместо атома кислорода отрицательно заряженный молибден, что ведет к образованию тиомолибдатов. Последние обладают высоким сродством к меди, связывание которой будет способствовать вычленению Cu из метаболизма и вести к дефициту в организме этого элемента. Описанный феномен используется в сельском хозяйстве некоторых скандинавских стран, почва которых характеризуется повышенным содержанием меди. Добавление в корм животных молибдена в приводит к уменьшением пула меди в печени, что предотвращает у них хроническую интоксикацию медью.

Другим примером могут являться взаимоотношения между фосфором, цинком и кадмием. Известно, что растения, выращенные в условиях избытка фосфатов характеризуются дефицитом цинка. Фосфаты – главный компонент удобрений. Напротив, повышенные количества цинка предотвращают поглощение растениями такого токсичного элемента, как кадмия. Поэтому, на почвах, характеризующихся повышенным содержанием кадмия необходимо строго контролировать количество вносимых фосфорных удобрений. Предотвращение их избытка будет способствовать накоплению цинка, что позволит получить экологически чистую продукцию.

Селен является абсолютным антагонистом мышьяка. Следовательно, для предотвращения токсических эффектов этого элемента необходимо заботиться о достаточном поступлении в организм селена.