Элементы металлы в организме человека и их биологическая роль

Обновлено: 05.07.2024

Металлы способны повлиять на биохимические цепи и реакции организма, их дефицит отразится на жизнедеятельности человека. Дефицит любого элемента способен нарушить целостность уникальной системы организма.

Металлы попадают в наш организм через несколько основных каналов:

продукты питания;
воду;
воздух;
прием лекарственных препаратов и БАД;
использование косметических средств;
введение вакцин.

Рассмотрим подробнее 10 важных элементов, которые необходимы человеку:

Кальций

Только представьте, 1 кг вашего веса забирает данный металл. Этот элемент является составляющим каждой клетки. Основная локализация - кости, но он участвует не только в формировании скелета. Кальций отвечает за систему гемостаза и регуляцию гормонов. Важной особенностью кальция является тот факт, что кальций не синтезируется в организме самостоятельно, этот элемент необходимо постоянно восполнять.

Калий

Содержится в клетках, регулирует водный баланс в организме и нормализует ритм сердца. Калий влияет на работу многих клеток в организме, особенно нервных и мышечных. Биологическая роль калия в организме человека велика. Калий способствует ясности ума, улучшает снабжение мозга кислородом, помогает избавляться от шлаков, действует как иммуномодулятор, способствует снижению давления крови и помогает при лечении аллергических реакций. Так же, чем выше физические нагрузки - тем выше потеря калия.

Натрий

В тандеме с калием отвечает за движение жидкости. Калий содержится внутри клетки, натрий - снаружи. Пара калий/натрий отвечает за повышение или снижение артериального давления. Утренние отеки на лице говорят о скоплении натрия, вечерние - накоплении калия.

Магний

Колоссально важный макроэлемент. Магний играет важнейшую роль в организме человека, однако всего 50 грамм, которые содержатся в сердечной мышце, головном мозге и костях, к сожалению, не способны восполнить постоянный расход при стрессах, физических нагрузках, во время беременности и в период активного роста.

Железо

Принимает участие во многих процессах нашего организма. Самый важный из них- передача кислорода в ткани и мышцы. Так же является частью ферментов и белков, которые необходимы для процессов обмена в организме, например, превращение калорий в энергию.

1,5-2 грамма металла локализованы в предстательной железе и мышечной ткани. Минерал участвует в реакциях иммунного ответа, способен сократить продолжительность вирусного заболевания. Важная функция цинка - улучшение фертильности.

Участвует в синтезе эритроцитов, а значит неразрывно связана с железом. Дефицит меди неизбежно приведёт к дефициту железа и кальция. Также, этот металл необходим при синтезе коллагеновый волокон и меланина.

Марганец

Почти невесомый элемент, но является частью вестибулярного анализатора, влияя на уровень нейромедиаторов. Нехватка марганца способна привести к развитию диабета.

Молибден

Кофактор обменных процессов, он ускоряет ферментативные реакции организма и снижает риск развития заболеваний.

Кобальт

Этот металл является частью структуры витамина В12 и помогает исправно работать поджелудочной железе.

Нынешняя экологическая ситуация, стрессы, темп жизни и недоброкачественные продукты питания неизбежно приводят к потери столь драгоценного строительного материала, как металлы. Пусть микроэлементов в процентном соотношении немного, но их важность очень велика.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Щелочные металлы находятся в первой группе главной подгруппе Д.И. Менделеева. Эти металлы и их соединения играют важную роль в организме человека.

Натрий широко распространен во всех органах, тканях и биологических жидкостях организма человека. Достаточная концентрация натрия содержится в желудочном соке. Большая же часть натрия находится во внеклеточных жидкостях - около 50%, в костях и хрящах - около 40% и до 10% - внутри клеток. В процессе внутриклеточного и межклеточного обмена натрий играет важную роль. Вместе с калием он участвует в возникновении нервного импульса, занимает важное место в механизме кратковременной памяти, оказывает воздействие на состояние мышечной и сердечно - сосудистой систем; ионы натрия и хлора также играют важную роль в секреции соляной кислоты в желудке. Взаимодействие ионов натрия и калия выполняет два важных взаимосвязанных процесса: во-первых, поддерживает постоянное осмотическое давление, а во-вторых, поддерживает постоянный объем жидкости. Потребление натрия в большом количестве ведет к потере калия. Именно для этого важно сбалансированное поступление в организм, как калия, так и натрия. Суточная потребность человека перекрывается потреблением поваренной соли, которая является главным источником натрия. В сутки человек употребляет около 10-12 г поваренной соли, в том числе в хлебе и натуральных пищевых продуктах. Роль поваренной соли в организме неоднозначна. Многие ученые высказывают мнение, что количество потребляемой соли в сутки должно быть значительно меньше и ограничиваться содержанием ее в продуктах питания. Считается, что употребление поваренной соли в больших количествах является одним из основных факторов развития гипертонической болезни и отложения солей в организме, что пагубно сказывается на работе суставов и их подвижности, а также двигательного аппарата в целом. В то же время установлено, что потребность в натрии увеличивается пропорционально его потере с потом и мочой. При значительных физических нагрузках, особенно в жаркое время года или во время работы в горячих цехах, потребность в поваренной соли увеличивается до 20 г в сутки. Необходимо восполнять запас необходимых солей. В противном же случае недостаток солей этих щелочных элементов может привести к необратимым последствиям: вплоть до обезвоживания организма. Важная роль натрия в организме – регулирование водно-солевого баланса. Поэтому в жаркое время рекомендуется пить минеральную воду, для восполнения дефицита утраченных элементов.

Главными источниками калия являются картофель, хлеб, крупы, абрикосы, бананы и другие продукты. Суточная норма потребления калия для взрослого человека 2-3 г, для ребенка - 16-30 мг на кг массы тела. Необходимый минимум потребления калия для человека в сутки составляет около 1 г. При нормальном пищевом рационе суточная потребность в калии полностью удовлетворяется, но отмечаются также колебания в потреблении калия в зависимости от сезона. Для нормального обмена веществ в пищевом рационе необходимо соотношение между калием и натрием - 1:2. В настоящее время из-за употребления людьми с пищей большого количества поваренной соли, также возрастает и потребность в калии, который может нейтрализовать неблагоприятное влияние избытка количества натрия на организм. Недостаток калия в рационе может привести к дистрофии, даже несмотря на нормальное содержание белков в пище. Нарушение обмена калия проявляется при хронических заболеваниях почек и сердечно-сосудистой системы, при рвоте и диарее, а также других заболеваниях.

Цезий и рубидий малоизучены. Эти элементы находятся в окружающей среде и поступают в организм в основном с пищей. Установлено их постоянное наличие в организме. Однако до сих пор эти элементы не считаются биотическими. Рубидий и цезий найдены во всех исследованных органах млекопитающих и человека. Поступая в организм с пищей, они быстро всасываются из желудочно-кишечного тракта в кровь. Средний уровень рубидия в крови составляет 2,3-2,7 мг/л, причем его концентрация в эритроцитах почти в три раза выше, чем в плазме. Рубидий и цезий равномерно распределяются в органах и тканях, причем, рубидий, в основном, накапливается в мышцах, а цезий поступает в кишечник и реабсорбируется в нисходящих петлях его отдела. В лаборатории И. П. Павлова Боткин установил: хлориды цезия и рубидия вызывают повышение артериального давления на длительное время, и, что это действие связано, главным образом, с усилением сердечнососудистой деятельности и сужением периферических сосудов. Это открытие стали применять в фармацевтике.

Установлено адреноблокирующее и симпатомиметическое воздействие солей цезия и рубидия на центральные и периферические адренореактивные структуры, которое особенно ярко выражено при подавлении тонуса симпатического отдела центральной нервной системы и дефиците катехоламинов. Солям этих металлов свойственен, главным образом, бетта-адреностимулирующий эффект.

Соли рубидия и цезия воздействуют также на неспецифические показатели иммунобиологической резистентности - они вызывают значительное увеличение титра комплемента, активности лизоцима, фагоцитарной активности лейкоцитов. Есть указание на стимулирующее влияние солей рубидия и цезия на функции кроветворных органов. В микродозах они вызывают стимуляцию эритро- и лейкопоэза (на 20-25%), кроме того, заметно повышают резистентность эритроцитов, увеличивают содержание в них гемоглобина.

Франций является радиоактивным элементом. Его соли использовались для обнаружения раковых опухолей, но по причине чрезвычайно высокой стоимости эту соль в масштабных разработках использовать невыгодно.

Список литературы:

4. Химия. Учебное пособие /А.Н. Шипуля, Ю.А. Безгина, Е.В. Волосова, Н.Н. Францева, Е.В. Пашкова // - Ставрополь, -2015.

6. Эффективные технологии в учебном процессе / Е.В. Волосова, Ю.А. Безгина, Е.В. Пашкова, А.Н. Шипуля// в сборнике: Применение современных ресурсосберегающих инновационных технологий в АПК 2016. С. 74-75.

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Щелочные металлы играют большую роль в биохимических и агрохимических процессах. В природе эти металлы в свободном виде не встречаются, они входят в состав различных соединений. Наиболее важным является соединение натрия с хлором NаС1, которое образует залежи каменной соли (Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др.) Хлорид натрия содержится также в морской воде и соляных источниках. Обычно верхние слои залежей содержат калийные соли. Они имеются в морской воде, однако в значительно меньших количествах, чем соли натрия. Самые большие в мире запасы калийных солей находятся на Урале в районе Соликамска (минералы сильвинит NаС1 ∙ КС1 ∙МgС1 ∙6Н₂О).

Натрий и калий относятся к числу распространенных элементов. Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%, калия - 2,6%.

Натрий образует соли со всеми кислотами. Почти все его соли растворимы в воде. Важнейшие из них - хлорид натрия (поваренная соль), сода и сульфат натрия. Хлорид натрия NаС1 - необходимая приправа к пище, используется для консервирования пищевых продуктов, а также служит сырьем для получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др. Сульфат натрия Na₂SО₄ применяется в производстве соды и стекла. Из водных растворов кристаллизуется десятиводный гидрат Na₂SО₄ ∙ 10Н₂О, называемый глауберовой солью. Глауберова соль применяется в медицине как слабительное.

Значительное содержание солей натрия характерно для засоленных почв. Наиболее вреден для растений в почве гидрокарбонат натрия, присутствие которого даже в небольших количествах вызывает их гибель.

В организме человека натрий участвует в образовании желудочного сока, регулирует выделение почками многих продуктов обмена веществ, активирует ряд ферментов слюнных желез и поджелудочной железы, а также более чем на 30% обеспечивает щелочные резервы плазмы крови. Кроме того, ионы натрия способствуют набуханию коллоидов тканей, это задерживает воду в организме. Содержание природного натрия в пищевых продуктах относительно невелико - 15-80 мг%; его потребляют не более 0,8 г в день. Но обычно взрослый человек "съедает" натрия больше - 4-6 г в день, в том числе около 2,4 г натрия с хлебом и 1-3 г при подсаливании пищи. Основное количество натрия - около 80% - организм получает при поглощении продуктов с добавлением поваренной соли.

С наличием натрия в организме связывают также способность тканей удерживать воду. В связи с этим избыточное потребление поваренной соли перегружает почки; при этом страдает и сердце. Вот почему при заболеваниях почек и сердца рекомендуется резко ограничить потребление соли. Для большинства людей совершенно безвредно 4 г натрия в день.

Ион калия необходим для минерального питания растений. Калий вносят в почву в виде калийных удобрений: калийная селитра - КNO₃, сульфат калия - K₂SO₄, хлорид калия - KCI.

В организме человека калий является внутриклеточным элементом, регулирующим кислотно-щелочное равновесие крови; участвующим в передаче нервных импульсов и активировании работу ряда ферментов. Считается, что калий обладает защитным действием против нежелательного действия избытка натрия и нормализует давление крови. По этой причине в некоторых странах предложено выпускать поваренную соль с добавлением хлорида калия. В большинстве продуктов содержание калия колеблется в пределах 150-170 мг %. Заметно больше его лишь в бобовых, например в горохе - 870, фасоли - 1100 мг %. Много калия содержится в картофеле - 570, яблоках и винограде – около 250 мг %.

Библиографический список:

Саргаев, П. М. Неорганическая химия : учеб. пособие для студентов вузов по специальности 310800 "Ветеринария" / П. М. Саргаев. - М. : КолосС, 2005. - 271 с. - (Учебники и учебные пособия для студентов вузов. Гр. МСХ РФ).

Роль химических элементов в жизни человека

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.

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.

Так, макроэлементами принято считать соединения химических элементов или одиночные элементы, которые содержатся в организме в большом количестве, измеряемом граммами.

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

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.

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.

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.

· 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.

· 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.

Микроэлементы в организме человека

Организм человека состоит из десятков химических элементов - это добрая половина таблицы Менделеева. Все по-своему важны, но особого внимания заслуживают микроэлементы, без которых организм просто не сможет нормально функционировать

Что такое микроэлементы

В организме есть несколько видов биологически значимых химических элементов с разным «удельным весом». Например, макроэлементы – самые весомые, от нескольких десятков граммов (хлор, магний) до килограммов (кислород, углерод). Микроэлементы отличаются невысоким содержанием – от нескольких граммов до нескольких миллиграммов. Их достаточно много: железо, медь, цинк, марганец, кремний, йод и др. Есть ультрамикроэлементы, содержание которых еще меньше. Среди них хром, селен, кобальт.

Список микроэлементов в организме человека

Совершенно необходимых для жизни (или эссенциальных) биоэлементов в организме 15: кальций, натрий, калий, магний, марганец, цинк, железо, медь, кобальт, хлор, йод, фосфор, сера, молибден и селен. Есть условно необходимые элементы, которые требуются для нормальной работы организма, но при отсутствии могут быть заменены. Например, фтор.

Значение микроэлементов

Перечислим всего лишь несколько важнейших функций каждого микроэлемента, хотя на самом деле список их «добрых дел» в разы больше.

Кальций	Участвует в формировании костей и зубов, работе мышц и сосудов.
Натрий	Регулятор кислотно-щелочного и водного баланса, влияет на артериальное давление.
Калий	Участвует в поддержании кислотно-щелочного и водного баланса, необходим для передачи нервных импульсов, работы мышц.
Магний	Необходим для нормальной работы сердца, нервной системы и мышц, а также для синтеза белка.
Марганец	Необходим для крепких костей и здоровой кожи.
Цинк	Нужен для полноценной работы иммунной, нервной и репродуктивной систем, желудочно-кишечного тракта.
Железо	Влияет на уровень гемоглобина, обеспечивает доставку кислорода к тканям.
Медь	Участвует в образовании коллагена и красных клеток крови.
Кобальт	Участвует в усвоении железа, процессах кроветворения, регулировании функций нервной системы.
Хлор	Необходим для регуляции водно-солевого обмена, работы желудочно-кишечного тракта.
Йод	Крайне необходим для нормальной работы щитовидной железы
Фосфор	Нужен для здоровья костей, зубов и мышц, работы головного мозга.
Сера	Участвует в выработке инсулина, который регулирует уровень сахара в крови, коллагена и кератина, то есть влияет на состояние кожи, волос и ногтей.
Молибден	Необходим для поддержания потенции, метаболизма белков, жиров и углеводов.
Селен	Помогает в укреплении иммунитета, профилактике рака и сердечно-сосудистых заболеваний.

Суточная норма микроэлементов

— Если питание сбалансированное, в ежедневном рационе присутствует достаточное количество овощей, фруктов, молочных продуктов, рыбы, мяса, то свою норму микроэлементов мы получаем из пищи. Можно дополнять рацион определенными витаминами, поливитаминами. Это полезно, и к избытку микроэлементов при разумном применении не приведет.

Но в некоторых регионах есть дефицит определенных микроэлементов в почве, который приводит к их дефициту в продуктах. Например, в европейской части России мало йода или селена. Здесь уже сбалансированного питания недостаточно, а дополнительные источники йода и селена обязательны. Мы дополнительно их получаем в составе продуктов, обогащенных определенными микроэлементами, например йодом.

Как определить дефицит микроэлементов

— Золотой стандарт определения содержания микроэлементов в организме — по волосам. Кровь или моча в этом случае недостаточно информативны, поскольку в них количество микроэлементов на данный момент постоянно меняется. Например, если вы накануне наелись чего-то соленого, это будет один показатель, а если пища была не соленая – другой. А в волосах они будут в каком-то стабильном количестве.

Ставить самому себе диагноз вроде «мне не хватает железа» по каким-то признакам и назначать себе препараты для устранения дефицита достаточно опасно. Потому что проявления дефицита микроэлементов достаточно неспецифичны. Человек может жаловаться на слабость, но не надо сразу списывать это на дефицит каких-то микроэлементов. Надо сначала искать более вескую причину, обратиться к врачу. Ведь та же слабость может быть, например, проявлением онкологического новообразования.