Сера
0,8
Кислород
20
Натрий
0,4
Водород
10
Хлор
0,4
Азот
8,5
Магний
0,1
Кальций
4
Железо
0,01
Фосфор
2,5
Марганец
0,001
Калий
1
Йод
0,00005
2. Жизненно необходимые элементы
Несомненно, время внесёт коррективы в современные представления о числе и биологической роли определённых химических элементов в организме человека. В данной работе мы исходим из того, что уже достоверно известно. Роль макроэлементов, входящих в состав неорганических веществ, очевидна. Например, основное количество кальция и фосфора входит в кости (гидроксофосфат кальция Ca10(PO4)6(OH)22), а хлор в виде соляной кислоты содержится в желудочном соке.
Микроэлементы вошли в отмеченный выше ряд 22 элементов, обязательно присутствующих в организме человека. Примечательно, что большинство из них – металлы, а из металлов больше половины являются d-элементами. Последние в организме образуют координационные соединения со сложными органическими молекулами. Так, установлено, что многие биологические катализаторы – ферменты содержат ионы переходных металлов (d-элементов). Например, известно, что марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо – в 70, медь – в 30, а цинк – более чем в 100. Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма. Характерным признаком необходимого элемента является колоколообразный вид кривой доза (n) – ответная реакция (R, эффект), что отображено на рисунке:
Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для жизненно необходимых элементов.
При малом поступлении данного элемента организму наносится существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит данный элемент. При повышении дозы элемента ответная реакция возрастает и достигает нормы (плато). При дальнейшем увеличении дозы проявляется токсическое действие избытка данного элемента, в результате чего не исключается и летальный исход. Кривую на приведенном выше рисунке можно трактовать так: всё должно быть в меру – и очень мало и очень много вредно [2].
Например, недостаток в организме железа приводит к анемии, так как оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее, его составной части – гема. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме происходят постоянный распад и синтез гемоглобина. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм с пищей в среднем около 12 мг этого элемента. Связь анемии с недостатком железа была известна врачам давно, так как ещё в XVII веке в некоторых европейских странах при малокровии прописывали настой железных опилок в красном вине [4]. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и лёгких – заболевания, вызываемые отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный регулятор содержания железа в крови – печень.
Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение лёгких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением содержания меди в организме. Однако избыток меди в организме приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Человеку причиняют вред лишь относительно большие количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при лечении конъюктивитов в виде глазных капель (25%-ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди (II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи фосфором проводят её обильное смачивание 5%-ным раствором сульфата меди (II) [2].
Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Надёжно установлено, что всем живым организмам присуще явление ионной асимметрии – неравномерное распределение ионов внутри и вне клетки. Например, внутри клеток мышечных волокон, сердца, печени, почек имеется повышенное содержание ионов калия по сравнению с внеклеточным. Концентрация ионов натрия, наоборот, выше вне клетки, чем внутри её. Наличие градиента концентраций калия и натрия – экспериментально установленный факт. Интересно, что по мере старения организма градиент концентраций ионов калия и натрия на границе клеток падает. При наступлении смерти концентрации калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравниваются [1].
Биологическая функция других щелочных металлов в здоровом организме пока неясна. Однако имеются указания, что введением в организм ионов лития удаётся лечить одну из форм маниакально-депрессивного психоза. Приведём таблицу 3, из которой видна важная роль других жизненно необходимых элементов.
Таблица 3: Характерные симптомы дефицита химических элементов в организме человека.
Дефицит элемента
Типичный симптом
Ca
Замедление роста скелета
Mg
Мускульные судороги
Fe
Анемия, нарушение иммунной системы
Zn
Повреждение кожи, замедление роста, замедление сексуального созревания
Cu
Слабость артерий, нарушение деятельности печени, вторичная анемия
Mn
Бесплодность, ухудшение роста скелета
Mo
Замедление клеточного роста
Co
Злокачественная анемия
Ni
Учащение депрессий, дерматиты
Cr
Симптомы диабета
Si
Нарушение роста скелета
F
Кариес зубов
I
Нарушение работы щитовидной железы, замедление метаболизма
Se
Мускульная (в частности, сердечная) слабость
3. Белки, жиры и углеводы в организме человека
Для того, чтобы иметь полное представление о химическом составе организма человека, необходимо также упомянуть о белках, жирах и углеводах и их роли в нормальной жизнедеятельности человеческого организма.