Химические макроэлементы в биологии. Биологическая роль микроэлементов

⁰

Существуют различные функции микроэлементов в организме человека в различных сферах жизнедеятельности. Многие из них являются источниками энергии и способности проводить электрические импульсы. При нарушении электролитного баланса могут возникать перебои в работе сердечнососудистой системы, меняться кислотно-щелочной баланс крови и происходить другие патологические изменения.

С древних времен на Руси существует обычай встречать гостей хлебом-солью, и неспроста. Рацион, в том числе диетический, должен включать достаточное количество минеральных веществ, поскольку их нехватка обычно вызывает различные заболевания. Так, животные, которые не могут пополнить запасы нужных им солей, вскоре погибают. Растения черпают соли из почвы, особенности которой, естественно, сказываются на минеральном составе самих растений, что косвенным образом влияет и на состав тела травоядных. Впрочем, избыток этих веществ также чреват тяжелыми расстройствами здоровья.

Все минеральные вещества принято разделять на микро- и макроэлементы.

Минеральные вещества - неорганические химические элементы, входящие в состав организма и являющиеся компонентами пищи. В настоящее время незаменимыми считаются 16 таких элементов. Минеральные вещества столь же необходимы человеку, как и витамины. Более того, многие витамины и минеральные вещества работают в тесном взаимодействии между собой.

Потребность организма в макроэлементах - натрии, калии, фосфоре и др. - значительна: от сотен миллиграммов до нескольких граммов.

Потребность человека в микроэлементах - железе, меди, цинке и др. - чрезвычайно мала: она измеряется тысячными долями грамма (микрограммами).

Таблица: макроэлементы в организме человека и их роль

Макроэлементы в организме человека - это калий, натрий, кальций, магний, фосфор, хлор. Биологическая роль макроэлементов, потребность организма в них, признаки дефицита и основные источники представлены в таблице.

Таблица макроэлементов включает в себя их основные виды и разновидности, среди которых находятся важнейшие элементы. При внимательном изучении данных вам станет понятна роль макроэлементов в организме человека.

Таблица - Роль и источники незаменимых макроэлементов, потребность в них организма и признаки дефицита:

Микроэлементы	Роль в организме	Потребность, мг/сут	Признаки дефицита	Пищевые источники
	Мембранный потенциал клетки		Мышечная слабость, аритмия, апатия	Курага, изюм, горох, орехи, картофель, курица, грибы
	Осмотическое равновесие		Гипотензия, олигурия, судороги	Соль, сыры, консервы
	Строение костей скелета, свертывание крови		Остеопороз, тетания, аритмии, гипотония	Сыры, творог, молоко, орехи, горох, изюм
	Синтез белков, мочевины, углеводный обмен		Мышечная слабость, тремор, судороги, аритмии, депрессии	Арбузы, гречневая крупа, геркулес, соевая мука, отруби, кальмары
	Осмотическое равновесие		Гипотония, полиурия, рвота	Соль, сыры, консервы
	Энергетический обмен (АТФ)		Остановка дыхания, гемолитическая анемия	Сыры, соевая мука, рис, рыба, яйца

В тканях присутствует очень много минеральных веществ, в том числе макроэлементов, в связи, с чем их приходится потреблять вместе с пищей. При этом следует соблюдать баланс между отдельными химическими веществами. Так, соотношение между кальцием, фосфором и магнием, рекомендованное для взрослых людей, составляет 1:1,5:0,5. У детей первого года жизни пропорция между кальцием и фосфором изменяется на 2:1, что соответствует химическому составу женского молока и его заменителей.

Таблица: микроэлементы и их роль в организме человека

Роль микроэлементов в организме человека заключается в том, что они также выполняют важные функции в организме, и при их дефиците развиваются очень тяжелые нарушения и даже заболевания. Предлагаем таблицу микроэлементов в организме человека с указанием признаков их дефицита.

Таблица - Роль и источники незаменимых микроэлементов, потребность в них организма и признаки дефицита:

Элементы	Роль в организме	Потребность, мг/сут	Признаки дефицита	Пищевые источники
	Транспорт кислорода		Гипохромная анемия	Печень, горох, гречневая крупа, грибы
	Кроветворение, синтез коллагена		Гипохромная анемия, лейкопения, остеопороз	Печень трески, печень говяжья, кальмары, орехи, гречневая крупа
	Гормоны щитовидной железы		Зоб, гипотиреоз, кретинизм	Морская капуста, йодированная соль
	Тканевое дыхание		Диарея, дерматиты, алопеция	Устрицы, говяжья печень, сыры
Марганец	Холестериновый обмен		Атеросклероз, дерматиты	Черника, овес, рис, курага, соя
	Углеводный обмен		Гипергликемия, полинейропатия	Груши, томаты, сыр гауда, пиво
Молибден			Повышение метионина в крови	Фасоль, горох, злаки
	Входит в состав витамина B12		Пернициозная анемия	Кальмары, печень трески, манная крупа
	Зубная эмаль
	Антиоксидант		Нарушение иммунитета, кардиомиопатия	Омары, сельдь, угорь, карп, почки, свиная печень

Рацион значительной части людей, особенно детей, беременных и кормящих женщин, не обеспечивает достаточного поступления в организм ряда важнейших минеральных веществ: кальция, магния, железа, йода. Существует опасность дефицита и таких микроэлементов, как цинк, фтор и некоторые другие.

Чтобы регулярно удовлетворять потребность во всех необходимых макро- и микроэлементах, рацион питания должен быть разнообразным, включающим продукты, которые богаты этими биологически ценными веществами.

Еще больше по теме

Макроэлементами являются натрий, калий, магний, фосфор. Калий и натрий играют огромную роль в поддержании электролитного обмена. Они абсолютно необходимы для нормальной работы мышцы сердца, но при одном условии: соотношение этих макроэлементов должно быть на строго определенном уровне. Калий и натрий как бы дополняют друг друга: первый является внутриклеточным ионом, второй - внеклеточным. К сожалению, в организм современного человека нередко больше поступает солей натрия. Здесь речь прежде всего идет о любителях соленых блюд. В этом случае может возникнуть как абсолютная, так и относительная недостаточность солей калия. При хроническом дефиците калия могут возникнуть различного рода сердечные аритмии. Избыток солей натрия часто приводит к задержке в организме жидкости, возникновению отеков, что еще больше усугубляет сердечную недостаточность. Вот почему больным сердечной недостаточностью рекомендуют ограничить прием соленого.

Кстати, растительная и животная пища, которую мы употребляем, как правило, содержит достаточное для удовлетворения суточной потребности человека количество солей натрия и в принципе нет необходимости досаливать натуральную пищу. А вот продукты, богатые калием (сухие фрукты, капуста, особенно морская, мука грубого помола, картофель), следует регулярно употреблять.

Кальций и фосфор являются составными частями костного скелета, в построении которого они играют главную роль. Соли кальция необходимы для нормальной функции сердца и мышц. Фосфор же в биологическом аспекте по праву можно назвать наиболее жизненно важным элементом. Он входит в состав важнейших аминокислот, участвующих в синтезе генетических структур. Этот элемент является необходимым для нормальной работы нервных клеток. Активность кальция и фосфора зависит от строго определенного их соотношения в тканях организма, которое, кстати, осуществляется при наличии витамина Д. Весьма богаты кальцием молочные продукты, а фосфором - рыба, печень, яйца, сыр, молоко.

Магний - элемент, благодаря которому осуществляется проводимость по волокнам нервной системы. Он необходим и для нормальной работы сердца и костного скелета. Этот элемент регулирует просвет кровеносных сосудов, а также работу кишечника. Дефицит магния в организме нарушает функцию сердечно-сосудистой и мочевыделительной систем. Значительное количество его имеется в таких продуктах, как горох, фасоль, крупы гречневая и овсяная. При сердечно-сосудистых заболеваниях, особенно протекающих на фоне атеросклероза, хороший эффект дают так называемые магниевые диеты.

Kaзьмин B.Д.

Показать все

Макроэлементы принимают непосредственное участие в построении органических и неорганических соединений растения, составляя основную массу его сухого вещества. Большей частью они представлены в клетках ионами.

В теле взрослого человека содержится порядка 4 граммов , 100 г натрия , 140 г , 700 г и 1 кг . Несмотря на такие разные цифры, вывод очевиден: вещества, объединенные под названием «макроэлементы», жизненно необходимы нам для существования. Большую потребность в них испытывают и другие организмы: прокариоты, растения, животные.

Сторонники эволюционного учения утверждают, что необходимость в макроэлементах определяется условиями, в которых зародилась жизнь на Земле. Когда суша состояла из твердых пород, атмосфера была насыщенна углекислотой, азотом, метаном и водяными парами, а вместо дождя на землю выпадали растворы кислот, именно макроэлементы были единственной матрицей, на основе которых могли появиться первые органические вещества и примитивные формы жизни. Поэтому даже сейчас, миллиарды лет спустя, все живое на нашей планете продолжает испытывать необходимость в обновлении внутренних ресурсов , и других важных элементов, образующих физическую структуру биологических объектов.

Физические и химические свойства

Макроэлементы различны как по химическим, так и по физическим свойствам. Среди них выделяются металлы ( , и прочие) и неметаллы ( , и прочие).

Некоторые физические и химические свойства макроэлементов, согласно данным:
Макроэлемент	Атомный номер	Атомная масса	Группа	Cвойства	Т. кип, °C	Т. плавл, °C	Физическое состояние при нормальны условиях
		14,0		неметалл	195,8	210,00	бесцветный газ
		30,97		неметалл	44,1		твердое вещество
		39,1		металл		63,5
		40,8		металл	1495		твердый белый металл
		24,31		металл	1095		металл серебристо-белого цвета
		3,07		неметалл	444, 6	112,8	хрупкие кристаллы желтого цвета
		55,85	VIII	металл	1539	2870	металл серебристого цвета

Макроэлементы содержатся в природе повсеместно: в почве, горных породах, растениях, живых организмах. Некоторые из них, такие, как азот, кислород и углерод, являются составными элементами земной атмосферы.

Симптомы недостатка некоторых элементов питания у сельскохозяйственных культур, согласно данным:
Элемент	Общие симптомы	Чувствительные культуры
	Изменение зеленой окраски листьев на бледно-зеленую, желтоватую и бурую, Уменьшается размер листьев, Листья узкие и расположены под острым углом к стеблю, Число плодов (семян, зерен) резко уменьшается	Картофель, Репчатый лук, Земляника, Черная смородина,
	Скручивание краев листовой пластинки, Образование фиолетовой окраски	Картофель, Земляника, Красная смородина,
	Краевой ожог листьев, Вялость листьев, Свисание листьев, Полегание растений, Нарушение цветения, Нарушение плодоношения	Картофель, Земляника, Черная смородина,
	Побеление верхушечной почки, Побеление молодых листьев, Кончики листьев загнуты вниз, Края листьев закручиваются вверх	Картофель, Капуста белокочанная и цветная,
	Хлороз листьев	Картофель, Капуста белокочанная и цветная, Черная смородина,
	Изменение интенсивности зеленой окраски листьев, Стебли - деревянистые, Замедление роста,	Подсолнечник,
	Окраска листьев меняется до белой, Хлороз листьев	Плодовые, Картофель, Кукуруза,

Роль в растении

Биохимические функции

Высокий урожай любой сельскохозяйственной культуры возможен только при условии полноценного и достаточного питания. Кроме света, тепла и воды, растениям необходимы питательные вещества. В состав растительных организмов входит более 70 химических элементов, из них 16 абсолютно необходимых - это органогены (углерод, водород, азот, кислород), зольные микроэлементы (фосфор, калий, кальций, магний, сера), а также железо и марганец.

Каждый элемент выполняет в растениях свои функции, и заменить один элемент другим совершенно невозможно.

Из атмосферы

в растения в основном поступают кислород, углерод и водород. На их долю приходится 93,5 % сухой массы, в том числе, на углерод - 45 %, на кислород - 42 %, на водород - 6,5 %.

Следующими по значимости

для растений элементами являются азот, фосфор и калий:

Следующие макроэлементы

не менее важны для успешной жизнедеятельности растений. Их баланс влияет на множество важнейших процессов растения:

Недостаток (дефицит) макроэлементов в растениях

О дефиците того или иного макроэлемента в почве, а следовательно, и в растении отчетливо свидетельствуют внешние признаки. Чувствительность каждого вида растений к недостатку макроэлементов строго индивидуальна, однако имеются и некоторые схожие признаки. Например, при недостатке азота, фосфора, калия и магния страдают старые листья нижних ярусов, при нехватке кальция, серы и железа - молодые органы, свежие листья и точка роста.

Особенно отчетливо недостаток питания проявляется у высокоурожайных культур.

Избыток макроэлементов в растениях

На состояние растений влияет не только недостаток, но и избыток макроэлементов. Он проявляется, прежде всего, в старых органах, и задерживает рост растений. Часто признаки недостатка и избытка одних и тех же элементов бывают несколько схожи.

Симптомы избытка макроэлементов в растениях, согласно данным:
Элемент	Симптомы
	Подавляется рост растений в молодом возрасте Во взрослом - бурное развитие вегетативной массы Снижается урожайность, вкусовые качества и лежкость плодов и овощей Затягивается рост и созревание Снижается устойчивость к грибным заболеваниям Повышается концентрация нитратов Хлороз развивается на краях листьев и распространяется между жилками Коричневый некроз Концы листьев свертываются Листья опадают
	Листья желтеют На концах и краях более старые листья становятся желтоватыми или коричневыми Появляются яркие некротические пятна Раннее опадение листьев
	Неравномерность созревания Полегание Снижение сопротивляемости грибковым заболеваниям Снижение устойчивости к неблагоприятным климатическим условиям Ткань не некротическая Слабый рост Удлинение междоузлий На листьях пятна Листья вянут и опадают
	Межжилковый хлороз с беловатыми некротическими пятнами Пятна окрашены либо имеют наполненные водой концентрические кольца Рост листовых розеток Отмирание побегов Опадание листьев
	Листья темнеют Листья немного уменьшаются Сморщивание молодых листьев Концы листьев втянуты и отмирают
	Снижается урожай Общее огрубение растений
	Ткань не некротическая Хлороз развивается между жилками молодых листьев Жилки зеленые, позднее весь лист - желтый и беловатый

Содержание макроэлементов в различных соединениях

Рекомендуются к применению на достаточно увлажненных дерново-подзолистых, серых лесных почвах, а также на выщелоченных черноземах. Они способны обеспечить до половины от общей прибавки урожая, получаемой от полной минеральной подкормки (NPK).

Однокомпонентные азотные удобрения делят на несколько групп:

. Это соли азотной кислоты и селитры. Азот содержится в них в нитратной форме.
и аммиачные удобрения : выпускают твердые и жидкие. Содержат азот в аммонийной и, соответственно, аммиачной форме.
. Это азот в аммонийной и нитратной форме. Пример - аммиачная селитра.
Амидные удобрения . Азот в амидной форме. К ним относятся мочевина и карбамид.
. Это карбамид-амиачная селитра, водный раствор мочевины и аммиачной селитры.

Источник получения промышленных азотных удобрений - синтетический аммиак, образованный из молекулярного азота и воздуха.

Фосфорные удобрения делят на несколько групп:

Содержащие в водорастворимой форме - суперфосфаты простой и двойной. Фосфор удобрений данной группы легко доступен растениям.
Содержащие , не растворимый в воде, но растворимый в слабых кислотах (в 2%-ной лимонной) и щелочном растворе цитрата аммония. К ним относятся томасшлак, преципитат, термофосфаты и другие. Фосфор доступен растениям.
Содержащие , не растворимый в воде и плохо растворимый в слабых кислотах . Полностью фосфор данных соединений может растворяться только в сильных кислотах. Это костяная и фосфоритная мука. Считаются наиболее труднодоступными источниками фосфора для растений.

Основные источники получения фосфорных удобрений - природные фосфорсодержащие руды (апатиты и фосфориты). Кроме того, для получения этого вида удобрений используют богатые фосфором отходы металлургической промышленности (мартеновские шлаки, томасшлак).

Применение этого вида удобрений рекомендовано на почвах с легким гранулометрическим составом, а также на торфянистых почвах с низким содержанием калия. На прочих почвах с высоким валовым запасом калия потребность в данных удобрениях возникает только при возделывании калиелюбивых культур. К ним относятся корнеплоды, клубнеплоды, силосные, овощные культуры, подсолнечник и прочие. Характерно, что эффективность калийных удобрений тем сильнее, чем выше обеспеченность растений прочими основными элементами питания.

Калийные удобрения подразделяют на:

Местные калийсодержащие материалы . Это непромышленные калийсодержащие материалы: сырые калийные соли, кварц-глауконитовые пески, отходы алюминиевой и цементной продукции, растительная зола Однако использование этих источников неудобно. В районах с залежами калийсодержащих материалов их действие ослаблено, а дальняя транспортировка нерентабельна.
Промышленные калийные удобрения . Получают в результате обработки калийных солей промышленными способами. К ним относятся хлористый калий, хлоркалий-электролит, калимагнезия, калимаг и другие.

Источник производства калийных удобрений - природные месторождения калийных солей.

Магниевые удобрения

По составу подразделяют на:

Простые - содержат только один питательный элемент. Это магнезит и дунит.
Сложные - содержат два и более питательных элемента. К ним относятся азотно-магниевые (аммошенит или доломит-аммиачная селитра), фосфорно-магниевые (фосфат магниевый плавленый), калийно-магниевые (калимагнезия, полигалит карналлит), бормагниевые (борат магния), известково-магниевые (доломит), содержащие азот, фосфор и магний (магний-аммонийфосфат).

Источники производства магнийсодержащих удобрений - природные соединения. Некоторые используются непосредственно как источники магния, другие перерабатываются.

Соединения железа в почву не вносят, поскольку железо способно очень быстро переходить в неусвояемые растениями формы. Исключение составляют хелаты - органические соединения железа. Для обогащения железом растения опрыскивают железным купоросом, слабыми растворами хлорного и лимоннокислого железа.

Известковые удобрения

Известкование почв - это один из методов химической мелиорации. Считается самым выгодным способом повышения урожайности на кислых почвах. Действующее вещество известковых удобрений - это кальций (Ca) в форме карбоната кальция (CaCO 3) или оксида кальция СаО.

Известковые удобрения делятся на:

Содержание макроэлементов в органических удобрениях

Органические удобрения содержат значительное количество макроэлементов и являются важным средством для воспроизводства плодородия почв и роста продуктивности земледелия. Содержание макроэлементов в органических удобрениях колеблется от долей процента до нескольких процентов и зависит от многих природных факторов.

Свежий на соломенной подстилке

включает в состав весь спектр необходимых для жизни растения микроэлементов: азота - 0,45 - 0, 83 %, фосфора - 0,19 - 0,28 %, калия 0,50 - 0,67%, кальция 0,18 - 0,40 %, магния 0,09 - 0,18 %, серы 0,06 - 0,15% от всего объема вещества, включая воду и органику.

Полупревший подстилочный

содержит несколько больше макроэлементов: азота - 0,5 - 0,86%, фосфора - 0,26 - 0,47 %, калия - 0,59 - 0,60%.

Верховой

Переходный

Низинный

Навозная жижа

При молочно-товарных фермах

Минеральные вещества

1. Роль минеральных элементов в организме человека 1

2. Макроэлементы, их характеристика

3. Микроэлементы, их характеристика

4. Влияние технологической обработки

на минеральный состав пищевых продуктов

5. Методы определения минеральных веществ

Роль минеральных элементов в организме человека

Многие элементы в виде минеральных солей, ионов, комплексных соединений и органических веществ входят в состав живой материи и являются незаменимыми нутриентами, которые должны ежедневно потребляться с пищей. Содержание минеральных веществ в основных продуктах питания приведено в табл. 5.1.

В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне (табл. 5.2). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержание в нем находится в относительном постоянстве.

Роль минеральных веществ в организме человека чрезвычайно разнообразна, несмотря на то, что они не являются обязательным компонентом питания. Минеральные вещества содержатся в протоплазме и биологических жидкостях, играют основную роль в обеспечении постоянства осмотического давления, что является необходимым условием для нормальной жизнедеятельности клеток и тканей. Они входят в состав сложных органических соединений (например, гемоглобина, гормонов, ферментов), являются пластическим материалом для построения костной и зубной ткани. В виде ионов минеральные вещества участвуют в передаче нервных импульсов, обеспечивают свертывание крови и другие физиологические процессы организма.

В зависимости от количества минеральных веществ в организме человека и пищевых продуктах их подразделяют на макро - и микроэлементы. Так, если массовая доля элемента в организме превышает 10 -2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10 -3 -10 -5 %. Если содержание элемента ниже 10 -5 %, его считают ультрамикроэлементом. К макроэлементам относят калий, натрий, кальций, магний, фосфор, хлор и серу. Они содержатся в количествах, измеряемых сотнями и десятками миллиграммов на 100 г тканей или пищевого продукта. Микроэлементы входят в состав тканей организма в концентрациях, выражаемых десятыми, сотыми и тысячными долями миллиграмма и являются необходимыми для его нормальной жизнедеятельности. Микроэлементы условно делят на две группы: абсолютно или жизненно необходимые (кобальт, железо, медь, цинк, марганец, иод, бром, фтор) и так называемые вероятно необходимые (алюминий, стронций, молибден, селен, никель, ванадий и некоторые другие). Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма.

Распределение микроэлементов в организме зависит от их химических свойств и очень разнообразно. Железо, например, является составной частью гемоглобина, миоглобина и других дыхательных пигментов, то есть веществ, участвующих в поглощении и транспорте кислорода во все ткани организма; атомы меди входят в активный центр ряда ферментов и т.д.

Действие микроэлементов может быть и опосредованным - через влияние на интенсивность или характер обмена веществ. Так, некоторые микроэлементы (например, марганец, цинк, иод) влияют на рост, и их недостаточное поступление в организм с пищей тормозит нормальное физическое развитие ребенка. Другие микроэлементы (например, молибден, медь, марганец) принимают участие в репродуктивной функции, и их недостаток в организме отрицательно влияет на эту сторону жизнедеятельности человека.

К наиболее дефицитным минеральным веществам в питании современного человека относятся кальций и железо, к избыточным - натрий и фосфор.

Недостаток или избыток в питании каких-либо минеральных веществ вызывает нарушение обмена белков, жиров, углеводов, витаминов, что приводит к развитию ряда заболеваний. Ниже приведены характерные (типичные) симптомы при дефиците различных химических элементов в организме человека: Наиболее распространенным следствием несоответствия в рационе количества кальция и фосфора является кариес зубов, разрежение костной ткани. При недостатке фтора в питьевой воде разрушается зубная эмаль, дефицит йода в пище и воде приводит к заболеваниям щитовидной железы. Таким образом, минеральные вещества очень важны для устранения и профилактики ряда заболеваний.

Перечислим причины нарушения обмена минеральных веществ, которые могут иметь место даже при их достаточном количестве в пище:

а) несбалансированное питание (недостаточное или избыточное количество белков, жиров, углеводов, витаминов и др.);

б) применение методов кулинарной обработки пищевых продуктов, обуславливающих потери минеральных веществ, например, при размораживании (в горячей воде) мяса, рыбы, или при удалении отваров овощей и фруктов, куда переходят растворимые соли;

в) отсутствие своевременной коррекции состава рационов при изменении потребности организма в минеральных веществах, связанной с физиологическими причинами. Так, например, у людей, работающих в условиях повышенной температуры внешней среды, увеличивается потребность в калии, натрии, хлоре и других минеральных веществах в связи стем, что большая их часть выводится из организма с потом;

г) нарушение процесса всасывания минеральных веществ в желудочно-кишечном тракте или повышение потерь жидкости (например, кровопотери).

Макроэлементы, их характеристика

Кальций. Это основной структурный компонент костей и зубов; входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходим для свертывания крови. Кальций образует соединения с белками, фосфолипидами, органическими кислотами; участвует в регуляции проницаемости клеточных мембран, в процессах передачи нервных импульсов, в молекулярном механизме мышечных сокращений, контролирует активность ряда ферментов. Таким образом, кальций выполняет не только пластические функции, но и влияет на многие биохимические и физиологические процессы в организме.

Кальций относится к трудноусвояемым элементам. Поступающие в организм человека с пищей соединения кальция практически не растворимы в воде. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусвояемых соединений кальция, и лишь воздействие желчных кислот обеспечивает его всасывание.

Ассимиляция кальция тканями зависит не только от содержания его в продуктах, но и от соотношения его с другими компонентами пищи и, в первую очередь, с жирами, магнием, фосфором, белками. При избытке жиров возникает конкуренция за желчные кислоты и значительная часть кальция выводится из организма через толстый кишечник. На всасывание кальция отрицательно сказывается избыток магния; рекомендуемое соотношение этих элементов составляет 1: 0,5. Если количество фосфора превышает уровень кальция в пище более чем в 2 раза, то образуются растворимые соли, которые извлекаются кровью из костной ткани. Кальций поступает в стенки кровеносных сосудов, что обуславливает их ломкость, а также в ткани почек, что может способствовать возникновению почечно-каменной болезни.Для взрослых рекомендовано соотношение кальция и фосфора в пище 1:1,5. Трудность соблюдения такого соотношения обусловлена тем, что большинство широко потребляемых продуктов значительно богаче фосфором, чем кальцием. Отрицательное влияние на усвоение кальция оказывает фитин и щавелевая кислота, содержащиеся в ряде растительных продуктов. Эти соединения образуют с кальцием нерастворимые соли.

Суточная потребность в кальции взрослого человека составляет 800 мг, а у детей и подростков - 1000 мг и более.

При недостаточном потреблении кальция или при нарушении всасывания его в организме (при недостатке витамина D) развивается состояние кальциевого дефицита. Наблюдается повышенное выведение его из костей и зубов. У взрослых развивается остеопороз - деминерализация костной ткани, у детей нарушается становление скелета, развивается рахит.

Лучшими источниками кальция являются молоко и молочные продукты, различные сыры и творог (100-1000 мг/100 г продукта), зеленый лук, петрушка, фасоль. Значительно меньше кальция содержится в яйцах, мясе, рыбе, овощах, фруктах, ягодах (20-40 мг/100 г продукта).

Магний. Этот элемент необходим для активности ряда ключевых ферментов, обеспечивающих метаболизм организма. Магний участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца; оказывает сосудорасширяющее действие; стимулирует желчеотделение; повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению шлаков из организма (в том числе холестерина).

Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище. Ежедневная потребность в магнии точно не определена; считают, однако, что доза 200-300 мг/сут предотвращает проявление недостаточности (предполагается, что всасывается около 30% магния).

При недостатке магния нарушается усвоение пищи, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций, развивается ряд других патологических явлений. У человека недостаток ионов магния, обусловленный характером питания, крайне маловероятен. Однако большие потери этого элемента могут происходить при диарее; последствия их сказываются, если в организм вводятся жидкости, не содержащие магний. Когда концентрация магния в сыворотке снижается примерно до 0,1 ммоль/л, может возникать синдром, напоминающий белую горячку: у человека наступает полукоматозное состояние, наблюдается мышечная дрожь, спазмы мышц в области запястья и стопы, повышение нервно-мышечной возбудимости в ответ на звуковые, механические и зрительные раздражители. Введение магния вызывает быстрое улучшение состояния.

Магнием богаты в основном растительные продукты. Большое количество его содержат пшеничные отруби, различные крупы (40 - 200 мг/100 г продукта), бобовые, урюк, курага, чернослив. Мало магния в молочных продуктах, мясе, рыбе, макаронных изделиях, большинстве овощей и фруктов (20 - 40 мг/100 г).

Калий . Около 90% калия находится внутри клеток. Он вместе с другими солями обеспечивает осмотическое давление; участвует в передаче нервных импульсов; регуляции водно-солевого обмена; способствует выведению воды, а, следовательно, и шлаков из организма; поддерживает кислотно-щелочное равновесие внутренней среды организма; участвует в регуляции деятельности сердца и других органов; необходим для функционирования ряда ферментов.

Калий хорошо всасывается из кишечника, а его избыток быстро удаляется из организма с мочой. Суточная потребность в калии взрослого человека составляет 2000-4000 мг. Она увеличивается при обильном потоотделении, при употреблении мочегонных средств, заболеваниях сердца и печени. Калий не является дефицитным нутриентом в питании, и при разнообразном питании недостаточность калия не возникает. Дефицит калия в организме появляется при нарушении функции нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем, сонливости, снижении артериального давления, нарушении ритма сердечной деятельности. В таких случаях назначается калиевая диета.

Большая часть калия поступает в организм с растительными продуктами. Богатыми источниками его являются урюк, чернослив, изюм, шпинат, морская капуста, фасоль, горох, картофель, другие овощи и плоды (100 - 600 мг/100 г продукта). Меньше калия содержится в сметане, рисе, хлебе из муки высшего сорта (100 - 200 мг/100 г).

Натрий. Натрий содержится во всех тканях и биологических жидкостях организма. Он участвует в поддержании осмотического давления в тканевых жидкостях и крови; в передаче нервных импульсов; регуляции кислотно-щелочного равновесия, водно-солевого обмена; повышает активность пищеварительных ферментов.

Метаболизм натрия всесторонне изучен благодаря его физиологическим свойствам и важности для организма. Этот нутриент легко всасывается из кишечника. Ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей, что обуславливает задержку воды в организме и противодействует ее выделению. Общее количество натрия во внеклеточной жидкости, таким образом, определяет объем этих жидкостей. Возрастание концентрации натрия в плазме приводит к ощущению жажды. В жарком климате и при тяжелой физической работе происходит существенная потеря натрия с потом и необходимо введение в организм соли для восполнения утраченного количества.

В основном ионы натрия поступают в организм за счет поваренной соли - NaCl. При избыточном потреблении хлористого натрия ухудшается удаление растворимых в воде конечных продуктов обмена веществ через почки, кожу и другие выделительные органы. Задержка воды в организме осложняет деятельность сердечно-сосудистой системы, способствует повышению кровяного давления . Поэтому потребление соли при соответствующих заболеваниях в пищевом рационе ограничивают. Вместе с тем при работе в горячих цехах или жарком климате увеличивают количество натрия (в виде поваренной соли), вводимого извне, чтобы компенсировать его потерю с потом и уменьшить потоотделение, отягощающее функцию сердца.

Натрий естественно присутствует во всех пищевых продуктах. Способ получения пищевых продуктов в значительной мере определяет конечное содержание в нем натрия. Например, замороженный зеленый горошек содержит гораздо больше натрия, чем свежий. Свежие овощи и фрукты содержат его от менее чем 10 мг/кг до 1 г/кг, в отличие от круп и сыра, которые могут содержать натрий в количестве 10 - 20 г/кг.

Оценка среднесуточного поступления натрия с пищей затруднена, поскольку его концентрация в пище широко варьируется и, кроме того, люди привыкли подсаливать пищу. 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. Содержание поваренной соли в пище человека можно без ущерба для здоровья снизить до 5 г в сутки. 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 усиливает выделение с мочой хлористого натрия, а, следовательно, и повышает потребность в нем.

Фосфор. Фосфор входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга. Этот элемент принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма: синтезе и расщеплении веществ в клетках; регуляции обмена веществ; входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов; необходим для образования АТФ.

В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и ее органических соединений (фосфатов). Основная его масса находится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция, остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей. В мышцах происходит наиболее интенсивный обмен соединений фосфора. Фосфорная кислота участвует в построении молекул многих ферментов, нуклеиновых кислот и т. д.

При длительном дефиците фосфора в питании организм использует собственный фосфор из костной ткани. Это приводит к деминерализации костей и нарушению их структуры - разрежению. При обеднении организма фосфором снижается умственная и физическая работоспособность, отмечается потеря аппетита, апатия.

Суточная потребность в фосфоре для взрослых составляет 1200 мг. Она возрастает при больших физических или умственных нагрузках, при некоторых заболеваниях.

Большое количество фосфора содержится в продуктах животного происхождения, особенно в печени, икре, а также в зерновых и бобовых. Его содержание в этих продуктах составляет от 100 до 500 мг в 100 г продукта. Богатым источником фосфора являются крупы (овсяная, перловая), в них содержится 300-350 мг фосфора/100 г. Однако из растительных продуктов соединения фосфора усваиваются хуже, чем при потреблении пищи животного происхождения.

Сера. Значение этого элемента в питании определяется, в первую очередь, тем, что он входит в состав белков в виде серосодержащих аминокислот (метионина и цистина), а также является составной частью некоторых гормонов и витаминов.

Как компонент серосодержащих аминокислот сера участвует в процессах белкового обмена, причем потребность в ней резко возрастает в период беременности и роста организма, сопровождающихся активным включением белков в образующиеся ткани, а также при воспалительных процессах. Серосодержащие аминокислоты, особенно в сочетании с витаминами С и Е, оказывают выраженное антиоксидантное действие. Наряду с цинком и кремнием сера определяет функциональное состояние волос и кожи.

Хлор. Этот элемент участвует в образовании желудочного сока, формировании плазмы, активирует ряд ферментов. Этот нутриент легко всасывается из кишечника в кровь. Интересна способность хлора отлагаться в коже, задерживаться в организме при избыточном поступлении, выделяться с потом в значительных количествах. Выделение хлора из организма происходит главным образом с мочой (90%) и потом.

Нарушения в обмене хлора ведут к развитию отеков, недостаточной секреции желудочного сока и др. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию, вплоть до смертельного исхода. Повышение его концентрации в крови наступает при обезвоживании организма, а также при нарушении выделительной функции почек.

Суточная потребность в хлоре составляет примерно 5000 мг. Хлор поступает в организм человека в основном в виде хлористого натрия при добавлении его в пищу.

IV. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВЫПУСКНИКОВ ПРОГРАММ БАКАЛАВРИАТА ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПОДГОТОВКИ 05.03.06 ЭКОЛОГИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

Роль макро, микроэлементов для человеческого организма велика. Ведь они принимают активное участие во многих жизненно важных процессах. На фоне дефицита того или иного элемента человек может столкнуться с появлением определенных заболеваний. Дабы избежать этого, необходимо понимать, для чего нужны макро и микроэлементы в человеческом организме, и какое их количество должно содержаться.

Значение микроэлементов в организме человека

Что такое макро и микроэлементы

Все полезные и необходимые для организма вещества попадают в него благодаря продуктам питания, биологическим добавкам, призванным устранить дефицит определенных веществ. Поэтому к своему рациону необходимо отнестись предельно внимательно.

Перед тем как приступить к изучению функций микро и макроэлементов необходимо понимать их определение.

А значение микроэлементов отличается от макро количественными показателями. Ведь в данном случае химические элементы содержатся преимущественно в достаточно малом количестве.

Жизненно важные макроэлементы

Для того чтобы организм функционировал и в его работе не происходили сбои необходимо позаботиться о регулярном достаточном поступлении в него необходимых макро и микроэлементов. Информацию относительного этого можно рассмотреть на примере таблиц. Первая таблица наглядно продемонстрирует, какая суточная норма употребления тех или иных элементов является оптимальной для человека, а также поможет определиться с выбором всевозможных источников.

Наименование макроэлемента	Суточная норма	Источники
Железо	10 – 15 мг	Изделия, для приготовления которых была использована мука грубого помола, бобы, мясо, некоторые виды грибов.
Фтор	700 – 750 мг	Молочные и мясные продукты, рыба.
Магний	300 – 350 мг	Мучные изделия, бобы, овощи, имеющие зеленую кожуру.
Натрий	550 – 600 мг	Соль
Калий	2000 мг	Картофель, бобы, сушеные фрукты.
Кальций	1000 мг	Молочная продукция.

Рекомендуемые нормы употребления макроэлементов, которые продемонстрировала первая таблица, необходимо соблюдать, ведь дисбаланс в их употреблении может привести к неожиданным последствиям. Вторая таблица поможет разобраться с необходимой нормой поступления в человеческий организм микроэлементов.

Наименование микроэлемента	Суточная норма	Источники
Марганец	2,5 – 5 мг	Салат, бобы.
Молибден	Не менее 50 мкг	Бобы, злаки.
Хром	Не менее 30 мкг	Грибы, помидоры, молочные продукты.
Медь	1 – 2 мг	Морская рыба, печень.
Селен	35 – 70 мг	Мясная и рыбная продукция.
Фтор	3 – 3,8 мг	Орехи, рыба.
Цинк	7 – 10 мг	Злаковые, мясная и молочная продукция.
Кремний	5 – 15 мг	Зелень, ягоды, зерновые.
Йод	150 – 200 мкг	Яйца, рыба.

Данная таблица может быть использована в качестве наглядного примера и поможет сориентироваться при составлении меню. Таблица очень полезна и незаменима в случаях корректировки питания, вызванной возникновением заболеваний.

Роль химических элементов

Роль микроэлементов в организме человека, как и макроэлементов очень велика.

Многие люди даже не задумываются о том, что они принимают участие во многих обменных процессах, способствуют формированию и регулируют работу таких систем, как кровеносной, нервной.

Именно от химических элементов, которые содержит первая и вторая таблица, происходят значимые для жизни человека обменные процессы, к их числу можно отнести водно-солевой и кислотно-щелочной обмен. Это лишь небольшой перечень того, что получает человек.

Биологическая роль макроэлементов заключается в следующем:

Функции кальция заключаются в формировании костной ткани. Он принимает участие в формировании и росте зубов, отвечает за свертываемость крови. Если этот элемент не будет поступать в необходимом количестве, то привести такое изменение может к развитию рахита у детей, а также остеопороза, судорог.
Функции калия заключаются в том, что он обеспечивает водой клетки организма, а также принимает участие в кислотно-щелочном равновесии. Благодаря калию происходит синтез белка. Дефицит калия приводит к развитию многих заболеваний. К их числу можно отнести проблемы с желудком, в частности, гастрит, язва, сбой сердечного ритма, болезни почек, паралич.
Благодаря натрию удается держать на уровне осмотическое давление, кислотно-щелочной баланс. Ответственный натрий и за поставку нервного импульса. Недостаточное содержание натрия чревато развитием заболеваний. К их числу можно отнести судороги мышц, болезни, связанные с давлением.

Функции магния среди всех макроэлементов наиболее обширные. Он принимает участие в процессе формирования костей, зубов, отделении желчи, работе кишечника, стабилизации нервной системы, от него зависит слаженная работа сердца. Этот элемент входит в состав жидкости, содержащейся в клетках тела. Учитывая важность этого элемента, его дефицит не останется незамеченным, ведь осложнения, вызванные этим фактом, могут сказаться на желудочно-кишечном тракте, процессах отделения желчи, появлении аритмии. Человек ощущает хроническую усталость и нередко впадает в состояние депрессии, что может сказаться на нарушении сна.
Основной задачей фосфора является преобразование энергии, а также активное участие в формировании костной ткани. Лишив организм этого элемента можно столкнуться с некоторыми проблемами, например, нарушениями в формировании и росте кости, развитием остеопороза, депрессивного состояния. Дабы избежать всего этого, необходимо регулярно пополнять запасы фосфора.
Благодаря железу происходят окислительные процессы, ведь он входит в цитохромы. Нехватка железа может сказаться на замедлении роста, истощении организма, а также спровоцировать развитие анемии.

Благодаря железу происходят окислительные процессы

Биологическая роль химических элементов заключается в участии каждого из них в естественных процессах организма. Недостаточное их поступление может привести к сбою в работе всего организма. Роль микроэлементов для каждого человека неоценима, поэтому необходимо придерживаться суточной нормы их потребления, которую содержит приведенная выше таблица.

Так, микроэлементы в организме человека отвечают за следующее:

Йод необходим для щитовидки. Недостаточное его поступление приведет к проблемам с развитием нервной системы, гипотиреоза.
Такой элемент, как кремний, обеспечивает формирование костной ткани и мышц, а также входит в состав крови. Нехватка кремния может привести к чрезмерной слабости кости, в результате чего увеличивается вероятность получения травм. От дефицита страдает кишечник, желудок.
Цинк приводит к скорейшему заживлению ран, восстановлению травмированных участков кожи, входит в состав большинства ферментов. О его нехватке свидетельствует изменения вкуса, восстановления поврежденного участка кожи на протяжении длительного времени.

Цинк приводит к скорейшему заживлению ран

Роль фтора заключается в принятии участия в процессах формирования зубной эмали, костной ткани. Его нехватка приводит к поражению зубной эмали кариесом, затруднениям, возникшим в процессе минерализации.
Селен обеспечивает стойкую иммунную систему, принимает участие в функционировании щитовидки. Говорить о том, что в организме селен присутствует в недостающем количестве можно в случае, когда прослеживаются проблемы с ростом, формированием костной ткани, развивается анемия.
С помощью меди становится возможным перемещение электронов, ферментный катализ. Если содержание меди недостаточное, то может развиться анемия.
Хром принимает активное участие в обмене углеводов в организме. Его нехватка сказывается на изменении уровня сахара в крови, что нередко становится причиной развития диабета.

Хром принимает активное участие в обмене углеводов в организме

Молибден способствует переносу электронов. Без него возрастает вероятность поражения зубной эмали кариесом, появления нарушений со стороны нервной системы.
Роль магния заключается в принятии активного участия в механизме ферментного катализа.

Микро, макроэлементы, поступающие в организм вместе с продуктами, биологически активными добавками жизненно необходимы для человека, и свидетельствуют об их важности проблемы, заболевания, возникающие в результате их дефицита. Для того чтобы восстановить их баланс необходимо правильно подбирать питание, отдав предпочтение тем продуктам, которые содержат необходимый элемент.