Микроэлементы: формы, роль, баланс и усвоение

На сегодня открыто 92 элемента и еще 22 теоретических и/или наблюдаемых. Кроме того, существуют сотни изотопов элементов, любой из которых может играть еще не открытую роль в здоровье человека. Элементы (минералы) обнаруживались в земной коре, в океанах и атмосфере. Они нужны нашему организму для того, чтобы жить. При изучении влияния минералов на здоровье человека становится все более очевидным, что поддержание их баланса в каждой ткани, жидкости, клетке и органе человеческого тела являются ключом к поддержанию здоровья.

Благодаря геофизическим силам смешивание земной коры с водой может обеспечить нас практически всеми минералами, необходимыми нашему организму для поддержания здоровья. Это объясняет, почему известные диетологи Р. Л. Пайк и М. Л. Браун заявили в книге «Питание: комплексный подход»: «Вода совместима с большим количеством веществ, чем любой известный растворитель. И поэтому это идеальная среда для транспортировки питательных веществ в клетки и для протекания химических реакций клеточного метаболизма».

На сегодняшний день в морской воде идентифицировано 66 элементов. А в результате геотермальных и испарительных процессов несколько сохранившихся внутренних морей, таких как Большое Соленое озеро в штате Юта, содержат многие из тех же минералов, что и море. Эти природные источники элементов могут стать богатым кладезем минералов, отвечающих физиологическим потребностям человека.

Интересно, что известный защитник окружающей среды Рэйчел Карсон признала важность защиты океана и этих хрупких внутренних морей. В книге «Море вокруг нас» она писала: «Рыбы, земноводные и рептилии, теплокровные птицы и млекопитающие – каждый из нас несет в своих венах соленый поток, в котором элементы собраны в тех же пропорциях, что и в морской воде. Это наше наследие с того дня, когда далекий предок, перейдя от одноклеточной стадии к многоклеточной, впервые развил систему кровообращения, в которой жидкостью была просто морская вода. Точно так же наши закаленные известью скелеты являются наследием богатых кальцием океанов кембрийского периода. Даже протоплазма, которая течет внутри каждой клетки нашего тела, имеет химическую структуру, запечатленную в живой материи той же поры».

Минералы и здоровье человека

Почти в каждом учебнике химии можно найти периодическую таблицу элементов. В ней отображены конкретные физические характеристики каждого известного элемента. Их научное изучение показало, что многие из них просто необходимы для жизни на этой планете.

С возникновением дефицита минералов у человека связан ряд факторов: их дефицит в почве, воде и растениях; минеральный дисбаланс; обработка воды или почвы; недостаточное питание.

Существует значительное количество доказательств того, что минералы сами по себе и в правильном балансе друг с другом выполняют важные биохимические и питательные функции.

Чтобы понять концепцию «биохимической индивидуальности», нам необходимо отказаться от ошибочного предположения, что каждый человек использует и усваивает минералы одинаковым образом. Усвоение минералов зависит от множества различных факторов, не последними из которых являются:

• возраст,
• адекватность выработки желудочной кислоты,
• сбалансированная флора кишечника,
• отсутствие кишечных заболеваний и паразитов,
• потребление пищевой клетчатки.

«Каким бы ни был питательный потенциал пищи, ее вклад ничтожен, если она не усваивается. Если питательные вещества не прошли через клетки слизистой оболочки кишечника и не попали в систему кровообращения – считайте, что вы их не ели вообще. Питательные вещества, ставшие доступными в результате абсорбции, должны транспортироваться через систему кровообращения в водную микросреду клеток. Там они служат своей конечной цели: участию в метаболической деятельности клеток, от которой зависит жизнь всего организма». (Р. Л. Пайк и М. Л. Браун, «Питание: комплексный подход»)

Ниже перечислены восемь минералов, которые должны быть ионными, чтобы легко всасываться в организм посредством переноса в тонком кишечнике:
хром, медь, железо, магний, селен, цинк, марганец, молибден.

Эти минералы становятся ионными после того, как их формы, связанные с пищей органически или неорганически, подвергаются воздействию соляной кислоты в желудке. Соляная кислота помогает высвободить эти минералы в ионные (заряженные).

Старение увеличивает риск атрофии желудка – состояния, которое обычно связано со снижением секреции соляной кислоты в нем. По мере снижения уровня выработки соляной кислоты способность организма усваивать эти минералы из их пищевой формы снижается. Эта неспособность адекватно усваивать их может быть одной из причин возрастной дегенерации. Именно поєтому необходимо уделять пристальное внимание форме, которую принимает минерал, поскольку: чем меньше он зависит от соляной кислоты при всасывании, тем больше вероятность его использования организмом.

Как будет обсуждаться позже, три из восьми перечисленных минералов могут абсорбироваться в некоторых сложных формах, не превращаясь предварительно в заряженные ионы. Однако все эти минералы усваиваются лучше, когда они находятся в ионной форме. Ухудшить усвоение организмом важных минералов могут:

• атрофия желудка,
• ахлоргидрия (отсутствие желудочной кислоты),
• гипохлоргидрия (недостаточность желудочной кислоты).

Ахлоргидрию обнаруживают у детей в возрасте пяти или шести лет. Однако гипохлоргидрия чаще наблюдается после 35. Треть взрослых в возрасте 60 лет имеет некоторую степень атрофии желудка, включая гипохлоргидрию. Поиск источника ионных минералов явно принесет пользу таким людям.

Одним из восьми минералов является цинк. Он содержится в каждой жидкости, ткани, клетке и органе человеческого тела. Недостаточное потребление этого важного минерала может повлиять на любой из более чем 200 ферментов в организме, например, на щелочную фосфатазу. У пациентов с нервной булимией (перееданием) или нервной анорексией (самовнушенным голоданием) дефицит цинка может напрямую влиять на когнитивные и перцептивные процессы, которые помогают поддерживать эти коварные расстройства пищевого поведения. Недавно было доказано, что существует обратная взаимосвязь между патологическим ожирением и дефицитом цинка, а это означает, что чем больше человек страдает от ожирения, тем ниже его уровень цинка. Это говорит важности цинка во всем спектре расстройств пищевого поведения, от ожирения до нервной анорексии. Аналогичным примером может служить минерал магний, который задействован в более чем трехстах ферментных реакциях в организме, многие из которых напрямую связаны со здоровьем сердечно-сосудистой системы.

Непитательные (токсичные) элементы

Чрезмерные уровни токсичных элементов, таких как свинец, кадмий, ртуть и алюминий, могут оказывать разрушительное воздействие на баланс микроэлементов в клетках организма, как видно из таблицы.

Органы и ткани, на которые влияет токсичный уровень минералов
Алюминий (Al)	Желудок, кости, мозг
Мышьяк (Аs)	Клетки (клеточный метаболизм)
Кадмий (Cd)	Кора почек, сердце, сосуды головного мозга, аппетит и обонятельный центр мозга, каждый известный процесс развития рака
Свинец (Pb)	Кости, печень, почки, поджелудочная железа, сердце, мозг, нервная система
Ртуть (Hg)	Нервная система, центры аппетита и боли головного мозга, иммунная система, клеточные мембраны

Известно, что кадмий, загрязнитель воздуха, присутствующий в сигаретном дыме, и выхлопных газах, вызывает гипертонию, аномальный рост клеток и иммунные нарушения. Кадмий действует как классический агент стресса. Он также связан с трудностями в обучении. В отличие от свинца, период полураспада которого в тканях человека короткий (от 30 до 100 дней), период полураспада кадмия составляет от 10 до 30 лет. Хотя известно, что свободный кадмий очень токсичен, было обнаружено, что он значительно увеличивает токсичность других агентов. Кадмий обладает уникальной способностью образовывать очень тесную связь с хлоридными соединениями, такими как хлорированный пестицид линдан. Когда эти два вещества объединены, уровень линдана в тканях удваивается за счет изменения метаболизма в печени. Кадмий накапливается в наиболее злокачественных клетках; при аномалиях предстательной железы существует линейная корреляция между степенью злокачественности и содержанием кадмия. Положительным моментом является то, что при пероральном приеме всасывается мало кадмия. Какие питательные вещества защищают от кадмия и других токсичных элементов, указано в следующей таблице.

Питательные вещества, защищающие от воздействия токсичных элементов
Токсичный элемент	Защитный нутриент
Алюминий (Al)	Возможно, магний
Мышьяк (Аs)	Селен, йод, кальций, цинк, витамин C, серные аминокислоты (в чесноке, яйцах и бобах)
Кадмий (Cd)	Цинк, кальций, витамин C, серные аминокислоты
Свинец (Pb)	Цинк, железо, кальций, витамин C, витамин E, серные аминокислоты
Ртуть (Hg)	Селен, витамин C, пектин, серные аминокислоты

Помимо всех этих очевидных проблем, есть два важных фактора: 1) заболевания и 2) взаимодействие лекарств и питательных веществ. Физические заболевания могут повысить потребность во многих микроэлементах. Потребность в некоторых минералах, например, в цинке, увеличивается при психологическом стрессе. Взаимодействие лекарств и питательных веществ также может привести к дефициту и дисбалансу минералов на клеточном уровне. Например, на всасывание железа из кишечника могут влиять антациды и тетрациклин. магний и цинк ускоренно истощаются от пероральных диуретиков, нефротоксических препаратов, пеницилламина и антацидов, содержащих гидроксид алюминия.

Недавние исследования выявили, что минералы могут играть значительную роль в борьбе с различными дегенеративными заболеваниями и процессами. Они могут предотвратить или уменьшить вред от загрязнителей окружающей среды, повысить способности к работе и обучению. Они также могут защитить организм от воздействия токсичных минералов, как видно из последней таблицы.

Новые исследования показывают, что многочисленные минералы, находящиеся в правильном балансе друг с другом, могут выполнять важные биохимические функции, и особенно ценны при проблемах со здоровьем, связанных с возрастом.

Учитывая эти данные, мы должны начать рассматривать ежедневное потребление питательных веществ как выполняющее двойную роль: во-первых, в предотвращении дефицита минералов; и, во-вторых, в оптимизации профилактических свойств этих питательных веществ. Следует полагать, что можно снизить количество хронических заболеваний путем соблюдения оптимальных уровней ежедневного потребления питательных веществ. Чрезвычайно важно, чтобы организм был сбалансированно обеспечен всеми минералами (элементами), которые могут принести потенциальную пользу для поддержания или восстановления нашего здоровья.

Пользу некоторых микроэлементов для здоровья можно суммировать в таблице, приведенной ниже. Эти минералы могут принести указанную пользу, если они находятся в балансе с другими элементами, с которыми они взаимодействуют.

Примеры пользы микроэлементов для здоровья
Кальций	Необходим для развития костей и зубов, для поддержания их здоровья. Помогает в свертывании крови, в сокращении мышц и в передаче нервных импульсов. Помогает снизить риск остеопороза.
Хром	Помогает в метаболизме глюкозы и регулирует уровень сахара в крови.
Кобальт	Способствует образованию красных кровяных телец.
Медь	Нормализация образования эритроцитов. Образование соединительной ткани. Действует как катализатор для хранения и высвобождения железа, помогая формировать гемоглобин. Способствует функционированию центральной нервной системы.
Йод	Необходим гормонам щитовидной железы для поддержания обмена веществ.
Железо	Минерал необходим для формирования и функционирования эритроцитов. Потребность возрастает у женщин детородного возраста. Важен для работы мозга.
Магний	Активирует более 100 ферментов и помогает функционированию нервов и мышц.
Молибден	Способствует нормальному росту и развитию.
Фосфор	Работает с кальцием для развития и поддержания крепких костей и зубов. Улучшает усвоение других питательные вещества.
Калий	Регулирует сердцебиение, поддерживает баланс жидкостей и помогает мышцам сокращаться.
Селен	Незаменимый компонент ключевого антиоксидантного фермента, необходимого для нормального роста и развития.
Сера	Минерал необходим для мышечного белка и волос.
Цинк	Незаменимая часть более чем 200 ферментов, участвующих в пищеварении, обмене веществ, заживании ран.

Установление оптимального уровня при потреблении питательных веществ имеет важные последствия. Недавний анализ данных о потреблении нутриентов и добавок в Соединенных Штатах показывает, что подавляющее большинство людей как в богатых, так и в развивающихся странах не достигают даже 50% минимального рекомендуемого рациона питательных веществ. Некоторым это открытие может показаться обескураживающим, особенно если учитывать, что рекомендуемые нормы питательных веществ играют роль в предотвращении хронических заболеваний.

Также полезно знать, что осознание важности микроэлементов для здоровья человека пришло не так давно. Всего пятнадцать лет назад во всех учебниках говорилось, что микроэлемент бор не является незаменимым для всех млекопитающих, включая человека. Но сегодня считается, что он настолько важен для здоровья, что ученые готовятся обратиться к правительствам с просьбой признать бор необходимым для здоровья минералом.

Не менее важно соотношение микроэлементов. Например, если вы сравните уровень нутриентов в человеческом и коровьем молоке, вы увидите значительные различия между ними. Фактически, составы материнского молока у всех животных различны. Это говорит о том, что природа различает потребности каждого животного на этой планете.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ И ОРГАНИЧЕСКИЕ МИНЕРАЛЫ

Время от времени некоторые компании-производители БАДов заявляют, что их минеральные добавки лучше других, поскольку вместо неорганических минералов содержат «органически связанные». Подобные заявления могут запутать и  потому заслуживают обсуждения.

В области физиологии растений хорошо известен тот факт, что минеральные вещества поступают в корни растений в ионной форме. Когда минерал пытается проникнуть внутрь корня в неионной форме (в виде органического комплекса), этот комплекс сначала расщепляется ионной формы снаружи корня. Оттуда минерал в ионном состоянии переносится вверх к листьям и другим частям растения, которые в нем нуждаются. Это важно для способности любого растения выжить и нормально расти.

Что такое ион

Это атом или группа атомов, несущая электрический заряд. Существует два типа ионов: положительно заряженные (катионы) и отрицательно заряженные (анионы). Примеры катионов в организме – это магний, натрий, калий, кальций и водород. Анионами являются бикарбонат, хлорид и фосфат.

Тогда что такое электролит

Вещества, образующие ионы, называются электролитами. Кальций, магний, хлорид, бикарбонаты, калий, натрий и водород являются примерами электролитов.

Какие функции выполняют электролиты в организме

Некоторые примеры того, что анионы и катионы делают в организме
Анионы (-)	Влияние на организм
Бикарбонат	Нормализует желудочную кислоту; поддерживает кислотность
Хлорид	Компонент желудочной кислоты; поддерживает кислотность
Фосфат	Поддерживать кислотность
Катионы (+)	Влияние на организм
Кальций	Помогает нервам передавать импульсы
Магний	Активация ферментов (энзимов)
Калий	Нервная проводимость
Натрий	Поддерживает водный баланс
Водород	Компонент желудочной кислоты

Из приведенных выше примеров ясно, что поддержание баланса катионов и анионов в организме имеет большое значение для нашего здоровья. Например, кислотность крови зависит от уровня катионов водорода. Чтобы кровь не стала слишком кислой, катионы водорода нейтрализуются анионами бикарбоната. Если состояние жидкости внутри какой-либо клетки станет слишком кислым, фосфатные анионы внутри клеток нейтрализуют катионы, чтобы восстановить баланс. Таким образом, мы видим, как природный неорганический источник магния, такой как хлорид магния, может нести как катион, так и анион, жизненно важные для поддержания электрического баланса в жидкостях и клетках организма.

Чтобы организм мог нормально функционировать, уровень каждого иона должен поддерживаться в балансе в очень узком диапазоне; любое существенное отклонение может привести к появлению симптомов.

Многие микроэлементы лучше усваиваются, если они находятся в ионной форме. Выяснилось, что, магний из в составе органических солей одинаково усваивается и из зеленых листовых овощей («органический магний»), и из хлорида магния («неорганический магний»). Эти и многие другие открытия ставят под сомнение версию, что «органические» минералы в чем-то превосходят «неорганические».

Было проведено множество исследований по всасыванию минералов у людей. Профессоры Розенберг и Соломонс из Массачусетского технологического института (MIT) утверждают: «Минералы в рационе часто связаны с белками, или иным образом внедрены в матрицу пищевых продуктов. Поэтому процессы жевания, растворения и переваривания являются важными подготовительными этапами к абсорбции. Более того, по завершении вышеупомянутых восстановительных процессов минералы обычно появляются в пищеводе в виде заряженных ионов, например Fe**, PO₄–, SeO₃– и т.д.».

Другими словами, форма минерала в пищевых продуктах или БАДах не так важна, как то, чтобы он находился в ионной форме в момент всасывания в пищеводе. Доминирующим фактором является то, что минерал должен быть освобожден от любой матрицы, в которой он содержится, и достичь такой ионной формы, что его можно будет поглотить в кишечнике. Розенберг и Соломонс утверждают, что для усвоения большинства минералов необходимо подкислить содержимое желудка, чтобы высвободить минералы из пищевой матрицы. Они также отмечают, что чрезмерное подщелачивание содержимого тонкого кишечника может снизить растворимость некоторых минералов в кишечнике, тем самым уменьшая их всасывание.

Это не значит, что не существует некоторых минералов, таких как железо или кобальт, которые всасываются из продуктов питания – сложных органических соединений. Железо в форме гемоглобина и миоглобина в красном мясе более биодоступно, чем неорганическое железо.

Взаимодействие и баланс микроэлементов

Поддержание оптимального соотношения питательных веществ важно для профилактики, смягчения и лечения многочисленных заболеваний. Так, в недавнем обзоре о связи микроэлементов и гипертонии авторы пришли к следующим выводам: «Очевидно, что питательные вещества влияют на регуляцию артериального давления. И если потребление одного нутриента ощутимо изменяется, создается совершенно новый режим питания. Питательные вещества встречаются в рационе группами и, следовательно, могут действовать синергически, изменяя физиологические параметры, такие как кровяное давление». (Ройссер, М. Е., Маккаррон, Д. А., Nutr Rev., 1994: 52; 367-375)

Проще говоря, микроэлементы должны существовать в равновесии в жидкостях, клетках и тканях организма, чтобы способствовать здоровью человека.

Краткий итог

Микроэлементы существуют не сами по себе, а во взаимосвязи друг с другом. Слишком большое количество одного микроэлемента может привести к дисбалансу других, что приведет к заболеванию. Большинство микроэлементов должны находиться в ионной форме, чтобы хорошо всасываться в кишечнике. Другие факторы, такие как диета, концентрация микроэлементов в воде, взаимодействие лекарств и питательных веществ и т. д., играют роль в поддержании баланса микроэлементов в организме.