Микроэлементы

Определение "Микроэлементы" в Большой Советской Энциклопедии

Микроэлементы, химические элементы, присутствующие в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Термин «Микроэлементы» применяется и для обозначения некоторых химических элементов, содержащихся в почвах, горных породах, минералах, водах. Точные количественные критерии для различения Микроэлементы от макроэлементов не установлены. Некоторые макроэлементы почв и горных пород (Al, Fe и др.) являются Микроэлементы для большинства животных, растений, человека.

В живых организмах отдельные Микроэлементы были обнаружены ещё в начале 19 в., но их физиологическое значение оставалось неизвестным. В. И. Вернадский установил, что Микроэлементы не случайные компоненты живых организмов и что их распределение в биосфере определяется рядом закономерностей. По современным данным, более 30 Микроэлементы считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Большинство Микроэлементы - металлы (Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Со и др.), некоторые - неметаллы (I, Se, Br, F, As).

В организме Микроэлементы входят в состав разнообразных биологически активных соединений: ферментов (например, Zn - в карбоангидразу, Cu - в полифенолоксидазу, Mn - в аргиназу, Mo - в ксантиноксидазу; всего известно около 200 металлоферментов), витаминов (Со - в состав витамина B₁₂), гормонов (I - в тироксин, Zn и Со - в инсулин), дыхательных пигментов (Fe - в гемоглобин и другие железосодержащие пигменты, Cu - в гемоцианин). Действие Микроэлементы, входящих в состав указанных соединений или влияющих на их функции, проявляется главным образом в изменении активности процессов обмена веществ в организмах. Некоторые Микроэлементы влияют на рост (Mn, Zn, I - у животных; В, Mn, Zn, Cu - у растений), размножение (Mn, Zn - у животных; Mn, Cu, Mo - у растений), кроветворение (Fe, Cu, Со), на процессы тканевого дыхания (Cu, Zn), внутриклеточного обмена и т. д. Для ряда обнаруженных в организмах Микроэлементы (Sc, Zr, Nb, Au, La и др.) неизвестно их количественное распределение в тканях и органах и не выяснена биологическая роль.

Микроэлементы в почвах входят в состав разных соединений, большая часть которых представлена нерастворимыми или труднорастворимыми формами и лишь небольшая - подвижными формами, усваиваемыми растениями. На подвижность Микроэлементы и их доступность растениям большое влияние оказывают кислотность почвы, влажность, содержание органического вещества и другие условия. Содержание Микроэлементы в почвах различных типов неодинаково. Например, подвижными формами В и Cu богаты чернозёмы (0,4-1,5 и 4-30 мг в 1 кг почвы) и бедны дерново-подзолистые (0,02-0,6 и 0,1-6,7 мг в 1 кг), недостаток Mo ощущается в лёгких, Со - в кислых дерново-подзолистых почвах, Mn - в чернозёмах, Zn - в бурых и каштановых. Недостаток или избыток Микроэлементы в почве приводит к дефициту или избытку их в растительном и животном организме. При этом происходят изменения характера накопления (депонирования), ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, перестройка процессов межуточного обмена, выработка новых адаптаций или развиваются расстройства, ведущие к т. н. эндемическим заболеваниям человека и животных. Так, эндемическая атаксия у животных вызывается недостатком Cu, некоторым избытком Mo и сульфатов, возможно, также Pb; эндемический зоб у человека и животных - недостатком I; акобальтозы - нехваткой Со в почве; борные энтериты, осложнённые пневмониями (у овец), - избытком В. В различных биогеохимических провинциях эндемическими заболеваниями поражаются обычно 5-20 % поголовья с.-х. животных или популяции того или иного вида. Для растений также вреден недостаток или избыток Микроэлементы Например, при недостатке Mo подавляется образование цветков у цветной капусты и у некоторых бобовых; при недостатке Cu нарушается плодообразование у злаков, цитрусовых и других растений; при недостатке В - недоразвито цветоложе, отсутствует цветение (арахис), отмирают бутоны (яблоня, груша), засыхают соцветия (виноград) и плоды (арахис, капуста); при избытке В растения поражаются гнилью корневой шейки, заболевают хлорозом, массовое распространение получает образование галлов.

В провинциях, где концентрация отдельных Микроэлементы не достигает нижних пороговых границ, эндемические болезни удаётся предупреждать и излечивать добавлением в корм животных соответствующих Микроэлементы; для растений применяют микроудобрения.

  В кормлении с.-х. животных Микроэлементы используют также для повышения продуктивности с.-х. животных. Соли Микроэлементы или водные растворы добавляют к силосу, концентрированным и грубым кормам. Микроэлементы - компоненты многих комбикормов, выпускаемых комбикормовой промышленностью. См. также Биогенные элементы и статьи по отдельным элементам, например Бор в организме, Иод в организме, Молибден в организме и др.

Лит.: Виноградов А. П., Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах, 2 изд., Микроэлементы, 1957; Шоу Д. Микроэлементы, Геохимия микроэлементов кристаллических пород, пер. с франц., Л., 1969; Школьник Микроэлементы Я., Значение микроэлементов в жизни растений и в земледелии, Микроэлементы - Л., 1950; Каталымов Микроэлементы В., Микроэлементы и микроудобрения, Микроэлементы - Л., 1965; Евдокимов П. Д., Артемьев В. И., Витамины, микроэлементы, биостимуляторы и антибиотики в животноводстве, Л., 1967; Берзинь Я. Микроэлементы, Самохин В. Т., Микроэлементы в животноводстве, Микроэлементы, 1968; Ковальский В. В., Андрианова Г., А., Микроэлементы в почвах СССР, Микроэлементы, 1970; Ковальский В. В., Раецкая Ю. И., Грачева Т. И., Микроэлементы в растениях и кормах, Микроэлементы, 1971; Жизневская Г. Я., Медь, молибден и железо в азотном обмене бобовых растений, Микроэлементы, 1972.
  А. Р. Вальдман, Г. Я. Жизневская.

  Основной источник поступления Микроэлементы в организм человека - пищевые продукты растительного и животного происхождения. Питьевая вода покрывает лишь 1-10 % суточной потребности в таких Микроэлементы, как I, Cu, Zn, Mn, Со, Mo, и лишь для отдельных Микроэлементы (F, Sr) служит главным источником. Содержание разных Микроэлементы в пищевом рационе зависит от геохимических условий местности, в которой были получены продукты, а также от набора продуктов, входящих в рацион. В современной практике для населения развитых стран характерно включение в рацион разнообразных продуктов питания, значительная часть которых производится далеко от места потребления, ввиду чего ликвидируются условия, способствующие воздействию на человека геохимических особенностей местности. Лишь два Микроэлементы могут быть достоверно названы в качестве этиологического фактора эндемических заболеваний человека - I, недостаток которого способствует распространению зоба эндемического, и F, при избытке которого возникает флюороз, а при недостатке - кариес.

  Для F определяющим источником поступления в организм является вода, для I - молоко и овощи, т. е. продукты, которые, как правило, производятся в районе проживания пораженного населения. Основным «поставщиком» в рацион большинства других важнейших Микроэлементы являются хлебопродукты.

Микроэлементы распределяются в организме неравномерно. Повышенное их накопление в том или ином органе в значительной мере связано с физиологической ролью элемента и специфической деятельностью органа (например, преимущественное накопление Zn в половых железах и его влияние на воспроизводительную функцию); в других случаях Микроэлементы воздействует на органы и функции, не связанные с местом его накопления в организме.

С возрастом содержание многих Микроэлементы (Al, Ti, Cl, Pb, F, Sr, Ni) увеличивается, причём в период роста и развития это нарастание идёт сравнительно быстро, а к 15-20 годам замедляется или прекращается. Есть данные, что содержание Со, Cu, Ni в крови и Sr в скелете в возрасте 50-60 лет становится несколько ниже, чем в 20-25 лет. Абсолютные уровни содержания Микроэлементы в органах и тканях могут существенно колебаться в зависимости от места жительства, постоянных пищевых рационов и других причин, определяющих уровень поступления и накопления данного Микроэлементы, а также в зависимости от индивидуальных особенностей организма. Установлено, что концентрация в крови некоторых элементов постоянно поддерживается на сравнительно стабильном уровне (Со 4-8 мкг %, Cu 80-140 мкг %, Fe 45-60 мкг %), другие же Микроэлементы (Sr, Pb, F) не подвергаются подобной регуляции, и их содержание в крови может заметно колебаться в зависимости от уровня поступления элемента в организм. В крови большинство Микроэлементы находится в связанном с белками состоянии - Cu в виде купропротеидов и церулоплазмина, Zn - в виде угольной ангидразы, Со - как компонент витамина В₁₂ и в форме, связанной с белком, Fe - в виде сидерофиллина. Некоторые элементы находятся в крови в ионном состоянии, например Li; около 50 % Sr и F входят в минеральные структуры кости, эмали и дентина.

По значению для жизнедеятельности организма Микроэлементы разделяют на необходимые (Со, Fe, Cu, Zn, Mn, I, F, Br) и вероятно необходимые (Al, Sr, Mo, Se, Ni); роль Bi, Ag и другие Микроэлементы, закономерно обнаруживающихся в тканях, остаётся невыясненной.

Функции Микроэлементы в организме весьма ответственны и многообразны. Физиолого-гигиеническую характеристику важнейших Микроэлементы см. в табл., где представлены эффекты т. н. биотических количеств Микроэлементы (т. е. количеств, встречающихся в природе); внутри этих пределов действие одного и того же элемента может существенно меняться. Например, малые количества Мn стимулируют кроветворение и иммунореактивность, большие - угнетают. При увеличении концентрации F в питьевой воде до 1-1,5 мг/л заболеваемость кариесом снижается, а при превышении 2-3 мг/л развивается флюороз и т. д. В организме взаимодействие отмечается и между самими Микроэлементы (Со эффективно действует на кроветворение лишь при наличии в организме достаточных количеств Fe и Cu; Mn повышает усвоение Cu, Cu по некоторым эффектам является антагонистом Mo; F влияет на метаболизм Sr и т. п.).

Использование Микроэлементы в клинической медицине пока носит ограниченный характер. Эффективно применяются в борьбе с некоторыми видами анемий препараты Со, Fe, Cu, Mn. В качестве фармакологических средств в клинике используют также Br и I. В области применения Микроэлементы значительны успехи гигиены: иодирование соли или хлеба для профилактики эндемического зоба, фторирование воды для снижения заболеваемости кариесом. В случаях, когда F в природных водах много, эксплуатируются дефторирующие установки.

Основные физиолого-гигиенические характеристики важнейших незаменимых микроэлементов

Микроэлемент	Содержание в водоисточниках (обычное), мг/л	Основные источники поступления в организм	Содержание в суточном пищевом рационе, мг	Суточная потребность, мг	Ткани и органы, в которых преимущественно накапливается элемент	Физиологическая роль и биологические эффекты
Al	0-0,1	Хлебопродукты	20-100	2-50	Печень, головной мозг, кости	Способствует развитию и регенерации эпителиальной, соединительной и костной ткани; воздействует на активность пищеварительных желёз и ферментов
Br	0-0,25	Хлебопродукты, молоко	0,4-1,0	0,5-2,0	Головной мозг, щитовидная железа	Участвует в регуляции деятельности нервной системы, воздействует на функции половых желёз и щитовидной железы
Fe	0,01-1,0	Хлебопродукты, мясо, фрукты	15-40	10-30	Эритроциты, селезёнка, печень	Участвует в кроветворении, дыхании, в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях; при недостатке возникает анемия
J	0-0,3	Молоко, овощи	0,04-0,2	1,1-1,3	Щитовидная железа	Необходим для функционирования щитовидной железы; недостаточное поступление способствует распространению эндемического зоба
Co	0,01-0,1	Молоко, хлебопродукты, овощи	0,01-0,01	0,02-0,2	Кровь, селезёнка, кости, яичники, гипофиз, печень	Стимулирует кроветворение, участвует в синтезе белков, в регуляции углеводного обмена
Mn	0-0,5	Хлебопродукты	4-36	2-10	Кости, печень, гипофиз	Влияет на развитие скелета, участвует в реакциях иммунитета, в кроветворении и тканевом дыхании; при недостатке у животных - истощение, задержка роста и развития скелета
Cii	0-0,1	Хлебопродукты, картофель, фрукты	1-10	1-4	Печень, кости	Способствует росту и развитию, участвует в кроветворении, иммунных реакциях, тканевом дыхании
Mo	0-0,1	Хлебопродукты	0,1-0,6	0,1-0,5	Печень, почки, пигментная оболочка, глаза	Входит в состав ферментов, ускоряет рост птиц н животных; избыток вызывает заболевание скота молибденозом
F	0-2,0	Вода, овощи, молоко	0,4-1,8	2-3	Кости, зубы	Повышает устойчивость зубов к кариесу, стимулирует кроветворение и иммунитет, участвует в развитии скелета; избыток вызывает флюороз
Zn	0-0,1	Хлебопродукты, мясо, овощи	6-30	5-20	Печень, простата сетчатка	Участвует в процессах кроветворения, в деятельности желёз внутренней секреции; при недостатке у животных - отставание роста, снижение плодовитости

  Лит.: Войнар А. О., Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека, 2 изд., Микроэлементы, 1960; Микроэлементы, [сб. ст.], пер. с англ., Микроэлементы, 1962; Микроэлементы в сельском хозяйстве и медицине, К., 1963; Бабенко Г. А., Микроэлементы в экспериментальной и клинической медицине, К., 1965; Шустов В. Я., Микроэлементы в гематологии, Микроэлементы, 1967; Азизов Микроэлементы А., О комплексных соединениях некоторых микроэлементов с биоактивными веществами, 2 изд., Таш., 1969; Коломийцева Микроэлементы Г., Габович Р. Д., Микроэлементы в медицине, Микроэлементы, 1970 (лит.).
  В. А. Книжников.