Микроэлементозы: классификация и основные характеристики

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ №13

Медицинский факультет

Кафедра гигиены, здоровья и общественного здравоохранения

(зав. кафедрой к.м.н. А.П. Дмитриев)

Микроэлементозы:

классификация и основные характеристики

Учебно-методическое пособие для студентов

(VI семестр)

г. Пенза, 2004.

Информационный лист:

Учебно-методическое пособие «Предмет и содержание гигиены. Санитарное законодательство. Структура, виды деятельности и задачи санитарно-эпидемиологической службы» подготовлено кафедрой гигиены, общественного здоровья и здравоохранения Пензенского государственного университета (заведующий кафедрой, к.м.н. Дмитриев А.П.).

Учебно-методическое пособие подготовили к.м.н. Дмитриев, к.м.н. Полянский В.В. , к.м.н. Баев М.В.

Учебно-методическое пособие подготовлено в соответствии с «Программой по «ГИГИЕНА» для студентов лечебных факультетов высших медицинских учебных заведений», разработанной Всероссийским учебно-научно-методическим Центром по непрерывному медицинскому и фармацевтическому образованию Минздрава России и утвержденной Начальником Управления учебных заведений Минздрава РФ Н.Н. Володиным в 1996 г.

Данное Учебно-методическое пособие подготовлено для студентов медицинского факультета для самостоятельной подготовки к практическому занятию по указанной теме.

Рецензент:

Заведующий кафедрой общей гигиены с курсом экологии Рязанского государственного медицинского университета имени академика И.П. Павлова, доктор медицинских наук, профессор А.А. ЛЯПКАЛО.

Тема занятия: Микроэлементозы: классификация и основные характеристики

 

Цель занятия: Ознакомить студентов с классификацией, характеристикой и диагностикой различных микроэлементозов.

Подготовка студентов: В ходе практического занятия студент должен иметь представление и быть готовым ответить на следующие вопросы к практическому занятию:

1)         Определение и классификация микроэлементозов

2)         Диагностика микроэлементозов

3)         Болезни, обусловленные нарушениями поступления кальция

4)         Болезни, обусловленные нарушениями поступления магния

5)         Болезни, обусловленные нарушениями поступления фосфора

6)         Болезни, обусловленные нарушениями поступления железа

7)         Болезни, обусловленные нарушениями поступления цинка

8)         Болезни, обусловленные нарушениями поступления селена

9)         Болезни, обусловленные нарушениями поступления меди

10) Болезни, обусловленные нарушениями поступления кобальта

11) Болезни, обусловленные нарушениями поступления марганца

12) Болезни, обусловленные нарушениями поступления хрома

13) Болезни, обусловленные нарушениями поступления свинца

14) Болезни, обусловленные нарушениями поступления алюминия

Для подготовки следует использовать: Учебник по Гигиене под ред. акад. РАМН Г.И. Румянцева. – М., 2001. (Стр. 256-260). Материалы лекций. Данное учебно-методическое пособие.

Определение и классификация микроэлементозов

В настоящее время в биологии и в медицине активно развивается учение о микроэлементозах. Заболевания, вызываемые токсическим действием веществ, находящихся в организме в очень малых количествах, известны с античных времен, и каждое из них называлось по имени того химического элемента, с которым было связано их происхождение. Например, отравление ртутью и свинцом именовали соответственно меркуриализмом и сатурнизмом.

Медики уже давно обратили внимание на то, что многие болезни связаны с недостаточностью поступления и содержания в организме определенных макро- и микроэлементов (МЭ). Была, например, обнаружена связь между железодефицитным состоянием организма и возникновением анемии. В конце прошлого века была доказана роль дефицита йода в патогенезе эндемического зоба. С тех пор объем информации о роли дефицита или избытка определенных микроэлементов в формировании болезней лавинообразно возрастает.

Антропогенное загрязнение окружающей человека природной среды, во многом связанное с микроэлементами из группы тяжелых металлов, вызывает серьезную озабоченность своими негативными последствиями для здоровья различных групп населения и нации в целом. В настоящее время все большее значение приобретают техногенные микроэлементозы.

Известно, что в непосредственной близости от многих промышленных предприятий образуются зоны с повышенным содержанием свинца, мышьяка, ртути, кадмия, никеля и других токсичных микроэлементов, представляющих угрозу для здоровья и даже жизни человека. В то же время, в результате водного и воздушного переноса этих токсикантов могут загрязняться территории, находящиеся на значительном отдалении. Так, особую тревогу вызывает обширное, на уровне биосферы Земли, загрязнение нашей планеты свинцом индустриального происхождения. За последние несколько лет свинец, стал в России наиболее распространенным токсикантом из группы тяжелых металлов, высокая концентрация которого в природных средах и накопление его в организме человека обусловлены, прежде всего, промышленными отходами и выбросами и количества автомобилей, работающих на низкокачественном этилированном бензине и выбрасывающих с выхлопными газами значительные объемы свинца в виде твердых частиц.

Загрязнение окружающей среды токсичными металлами в первую очередь сказывается на детях, так как интенсивное накопление различных вредоносных элементов происходит еще в плаценте. Это приводит к появлению врожденных уродств, снижению иммунитета, развитию множества болезней, зачастую с хронизацией патологического процесса, задержке умственного и физического развития. Вырастает поколение ослабленных людей, восприимчивых к инфекции, с высоким риском развития ИБС и онкопатологии.

Некоторые промышленные регионы с особо интенсивным загрязнением окружающей среды могут стать зонами сильных гехногенных микро-элементозов.

таблица 1.

рабочая классификация микроэлементозов человека

(по: Авцын, жаворонков и др., 1991).

МТОЗы	Основные формы заболеваний	Краткая характеристика
Природные Эндогенные	1. Врожденные	При врожденных микроэлементозах в основе заболевания может лежать микроэлементоз матери
	2. Наследственные	При наследственных микроэлементозах недостаточность, избыток или дисбаланс МЭ вызываются патологией хромосом или генов
Природные Экзогенные	1.Вызванные дефицитом МЭ 2.Вызванные избытком МЭ 3.Вызванные дисбалансом МЭ	Природные, т. е. не связанные с деятельностью человека и приуроченные к определенным географическим локусам эндемические заболевания людей, нередко сопровождающиеся теми или иными патологическими признаками у животных и растений
Ятрогенные	1. Вызванные дефицитом МЭ 2. Вызванные избытком МЭ 3. Вызванные дисбалансом МЭ	Быстро увеличивающееся число заболеваний и синдромов, связанных с интенсивным лечением разных болезней препаратами, содержащими МЭ а также с поддерживающей терапией (например, с полным парентеральным питанием) и с некоторыми лечебными процедурами — диализом, не обеспечивающим организм необходимым уровнем жизненно важных МЭ
Техногенные	1.Промышленные (профессиональные)	Связанные с производственной деятельностью человека болезни и синдромы, вызванные избытком определенных МЭ и их соединений непосредственно в зоне самого производства;
	2. Соседские	по соседству с производством;
	3. Трансгрессивные	в значительном отдалении от производства за счет воздушного или водного переноса МЭ

Из 92 встречающихся в природе химических элементов 81 обнаружен в организме человека. 12 элементов называют структурными, т.к. они составляют 99 % элементного состава человеческого организма (С, О, Н, N, Са, Mg, Na, К, S, P, F, CI). Микроэлементами (МЭ) называют элементы, присутствующие в организме человека в очень малых следовых количествах (англ, "trace elements"). Это в первую очередь 15 эссенциальных МЭ — Fe, J, Си, Zn, Co, Cr, Mo, Ni, V, Se, Mn, As, F, Si, Li, а также условно-эссенциальные В, Вг. Элементы Cd, Pb, Al, Rb являются серьезными кандидатами на эссенциальность. В учение о МЭ особенно отчетливо видна справедливость слов Парацельса о том, что "нет токсичных веществ, а есть токсичные дозы".

МЭ являются важнейшими катализаторами различных биохимических процессов, обмена веществ, играют значительную роль в адаптации организма в норме и патологии. Ряд элементов, широко представленных в природе, редко встречается у человека, и наоборот.

Диагностика микроэлементозов

В современной практике диагностики макро- и микроэлементов в организме человека приняты методы его определения в цельной крови, моче, волосах, слюне, зубном дентине и костной ткани. Одни методы, например, определение элементов в крови и моче, уже давно используются многими специалистами для тестирования токсичных тяжелых металлов (например, свинца) при интоксикации их в организме человека; другие, такие как, определение микроэлементов в волосах, костной ткани, только сейчас входят во врачебную практику.

Для определения уровней содержания различных макро- и микроэлементов в организме человека приняты методы количественного анализа этих элементов в биосубстратах человека. Процедура количественного выделения элементов из всех типов биологических проб (за исключением рентгенофлуоресцентного метода in vivo), как правило, выполняется методом "мокрого озоления" (в растворе азотной или азотной+хлорной кислоты) в открытой посуде или под давлением (в автоклавах, тефлоновых бомбах, установках микроволнового разложения). Широко используются методы пламенной и атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС), отличающиеся высокой чувствительностью и возможностью определения очень низких концентраций микроэлементов в биосубстратах. Эти методы, как правило, используются при анализе цельной крови и мочи. В последнее время получили широкое распространение и считаются весьма эффективными методы определения элементов в органах и биосредах человека с помощью атомной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмы (АЭС-ИСП) и масс-спектроскопии (ИСП-МС), которые позволяют в одной пробе одновременно определить 20 и более макро- и микроэлементов, что очень важно при оценке взаимодействия и взаимовлияния одних элементов с другими в организме человека (Скальный, 1995).

Отметим, что кроме выше названных аналитических методов, при определении макро- и микроэлементного состава биосубстратов человека используются нейтронно-активационный, лазерный спектрографический и рентгенофлуоресцентный методы in vivo (при определении в живых костных тканях).

В последнее время все больший интерес представляет исследование волос для выявления состояния обмена микроэлементов в организме и токсического воздействия отдельных тяжелых металлов (Сает, Ревич, 1986). Имеющиеся данные определенно показывают, что содержание микроэлементов в волосах отражает микроэлементный статус организма в целом и пробы волос являются интегральным показателем минерального обмена (Скальный, 1995).

Во многих отношениях волосы являются благоприятным материалом для такого рода исследований и имеют ряд преимуществ:

— проба может быть получена без травмирования больного,

— для хранения материала не требуется специального оборудования,

— волосы не портятся и сохраняются без ограничения во времени.

Очень перспективным является использование проб волос как архивного материала в историческом биомониторинге, что, при постоянном совершенствовании аналитической базы, открывает новые возможности для этого вида контроля уровня элементов в человеческом организме и оценки загрязнения окружающей среды.

Накопленные к настоящему времени научные и медицинские данные о роли минеральных элементов в функционировании отдельных органов, систем и организма человека в целом, данные о последствиях, для здоровья человека, дефицита биогенных, жизненно необходимых элементов и избытка токсичных могут быть обобщены и широко использоваться в диагностической и лечебной практике.

Гипомикроэлементозы

 

кальций (Са)

Суточная потребность —1000—1500 мг (а) 800-1200 мг, (б) 800 мг*

Кальций (Са) — это макроэлемент, играющий важную роль в функционировании мышечной ткани, миокарда, нервной системы, кожи и, особенно, костной ткани при его дефиците.

Повышение содержания кальция в волосах отмечено у людей с гиперфункцией щитовидной железы, нефрокальцинозом. Кроме того, повышенное содержание кальция отмечено у больных с хроническим алкогольным гепатитом, черепно-мозговыми травмами.

У детей повышенное содержание кальция отмечено при церебральных параличах, аутизме. Повышение содержания Са в волосах обычно рассматривается как показатель усиленного кругооборота элемента в организме, что говорит о возрастании подвижности Са и риске возникновения его дефицита.

В таблице приведен перечень пищевых продуктов, с высоким содержанием Са**.

Избыток кальция в организме может приводить к дефициту цинка и фосфора, в то же время Са препятствует накоплению РЬ в костной ткани.

а — рекомендуемое суточное потребление для Взрослого человека весом 70 кг в США, б — то же в странах Евросоюза.

"Данные по содержанию Са и всех остальных элементов в продуктах питания и суточной потребности (для взрослых) цитируются по справочным материалам ФАО/ВОЗ, по: Lieberman & Bruning, 1990 и отечественным справочникам: Химический состав пищевых продуктов, 1987-89; Смоляр, 1991 и др.

таблица 2

пищевые продукты, рекомендуемые для обогащения

КАЛЬЦИЕМ, МГ КАЛЬЦИЯ/100 Г ПРОДУКТА.

Продукт	Са (кальций)	Продукт	Са (кальций)
Сухие сливки	1290	Зеленая капуста	210
Сыры	600-1040	Кефир, йогурт, сливки	110-120
Сухое молоко	920	Шпинат	125
Сухая сыворотка молока	890	Рыба	30-90
Сезам (семена)	785	Творог	80
Соя, бобы	257	Фасоль	105
Орехи	30-250	Финики	160
Петрушка	245	Хлеб с отрубями	60

 

магний (Mg)

Суточная потребность — 500—750 мг

Магний, наряду с калием, является основным внутриклеточным элементом. Он активизирует ферменты, регулирующие, в основном, углеводный обмен, стимулирует образование белков, регулирует хранение и высвобождение энергии в АТФ, снижает возбуждение в нервных клетках, расслабляет сердечную мышцу.

Недостаток магния является одним из предрасполагающих факторов развития заболеваний сердечно-сосудистой системы, гипертонической болезни, уролитиаза, судорог у детей, возможно повышает риск онкологических заболеваний, лучевой болезни.

Сниженная концентрация магния в волосах обнаружена у людей с различными кожными заболеваниями, в том числе, очаговой алопецией; с нарушениями эмоциональной сферы; дегенеративными заболеваниями; уролитиазом и гипертонической болезнью. Дефицит Мg в организме — обычное явление для людей, подвергающихся хроническим стрессам, встречается при синдроме хронической усталости, сахарном диабете.

Содержание магния повышено при гиперфункции паращитовидных, щитовидных желез и нефрокальцинозе, артрите, псориазе, дислексии у детей.

таблица 3.

пищевые продукты, рекомендуемые для обогащения

МАГНИЕМ, МГ МАГНИЯ/100 Г ПРОДУКТОВ.

Продукт	Мg (магний)	Продукт	Мg (магний)
Пшеничные отруби	590	Гречневая крупа	78
Подсолнечник (семена)	420	Рис неочищенный	120
Хлеб с отрубями	90	Семя тыквы	535
Орехи	150-260	Мясо, говядина	12-33
Проросшие зерна пшеницы	250	Устрицы	40
Соя	247	Сыры	30-56
Урюк, абрикосы, изюм	50-70	Рис	120-150
Бананы	35	Зелень	170
Морская рыба	20-75	Фасоль	130
Чечевица	380	Рожь, горох	107-120

 

фосфор (Р)

Суточная потребность —1500—1600 мг (для пожилых людей — 200—400 мг)

Фосфор тесно связан в обмене с кальцием и играет важную роль в формировании костной ткани. В процессах всасывания из кишечника и окостенения обмен Са и Р идет параллельно, в сыворотке крови и ренальной экскреции они антагонистичны. Фосфор — биогенный элемент и играет особенно важную роль в деятельности головного мозга, скелетных и сердечных мышц. Фосфор участвует в трансмембранном транспорте веществ, входит в состав ряда ферментов. Значительная часть энергии, образующаяся при распаде углеводов и других соединений, кумулируется в богатых энергией органических соединениях фосфорной кислоты. Фосфатные группы, присоединяясь к АДФ, образуют АТФ, которая является универсальным источником энергии и обеспечивает физиологическую деятельность клеток организма. Обмен фосфора регулируется паращитовидными железами.

При избыточном поступлении фосфора может повышаться уровень выведения кальция, что создает риск возникновения остеопороза.

таблица 4.

пищевые продукты, рекомендуемые для обогащения

ФОСФОРОМ, МГ ФОСФОРА/100 Г ПРОДУКТОВ.

Продукт	Р (фосфор)	Продукт	Р (фосфор)
Рыбные и мясные продукты	140-230	Крупа (гречневая, овсяная, пшено)	220-330
Сыры	60-400	Фасоль	до 500
Желток яйца	до 500	Горох	370
Хлеб	до 200

 

железо (FE)

Суточная потребность — 10—20 мг (для мужчин), 20—30 мг (для женщин)

При дефиците железа в клинической картине отмечается гипохромная анемия, миоглобиндефицитная кардиопатия и атония скелетных мышц, воспалительные и атрофические изменения слизистой рта, носа, эзофаго-патия, хронический гастродуоденит а также иммунодефицитные состояния.

Избыток железа, в первую очередь, может оказывать токсическое влияние на печень, селезенку, головной мозг, усиливать воспалительные процессы в организме человека. Хроническая алкогольная интоксикация может приводить к накоплению Fe в организме.

При избытке железа в организме может развиваться дефицит меди и цинка, избыток цинка, в свою очередь, может приводить к дефициту меди и железа.

таблица 5.

пищевые продукты, рекомендуемые для обогащения

ЖЕЛЕЗОМ, МГ ЖЕЛЕЗА/100 Г ПРОДУКТОВ.

Продукт	Fe	Продукт	Fe
Тимьян	22	Чечевица	6,9
Печень свиная	20	Семена подсолнечника	6,3
Бобы	20-10	Печеночный паштет	5,3
Грибы	до 17	Легкие, сердце (говядина)	5,0
Пивные дрожжи	17	Шпинат	4
Какао	12	Пшеничная мука	4
Соевая мука	12-9	Топинамбур	3,7
Семя тыквы	11,2	Ржаной хлеб	3
Почки говяжьи, свиные	10	Мозг	3
Мясо (говядина)	9	Кукуруза	2,4
Зелень	9	Морская рыба	2,4
Соя	8,6	Свиное сало	2,3
Пшеничные зародыши	8,1	Морковь	2,1
Мясо (индюк)	8,0	Яйцо	2.0
Семена сезам	9,0	Мясо (утка, курица)	2,0
Фисташки	7,3

Цинк (Zn)

Суточная потребность — 12—50 мг

Цинк-дефицитные состояния характеризуются наличием таких симптомов, как снижение аппетита, анемия, аллергические заболевания, гиперактивность, дерматит, дефицит массы, снижение остроты зрения, выпадение волос. Специфически снижается Т-клеточный иммунитет, поэтому люди с дефицитом цинка обычно часто и длительно болеют простудными, инфекционными заболеваниями. На фоне дефицита Zn может происходить задержка полового развития у мальчиков и потеря сперматозоидами способности оплодотворения яйцеклетки у мужчин.

Нередко снижение содержания цинка в организме является следствием избыточного поступления в организм меди, кадмия, свинца, являющихся функциональными антагонистами цинка, особенно на фоне неполноценного (дефицит белка) питания, а также хронического злоупотребления алкоголем. Роль Zn при алкогольной интоксикации обусловлена его участием в метаболизме алкоголя (молекула алкогольдегидрогеназы содержит 4 атома Zn), поэтому у детей и подростков при дефиците цинка повышается предрасположенность к алкоголизму (Скальный, 1990).

Дефицит цинка может приводить к усиленному накоплению кадмия, свинца, железа и меди. Избыточное поступление цинка может понизить общее содержание и поступление в организм такого важного элемента, как медь.

 

таблица 6.

пищевые продукты, рекомендуемые для обогащения

 ЛИБО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ИХ ПОТРЕБЛЕНИЯ, МГ ЦИНКА/