Мікро- і макроелементи | Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія

Мікро- і макроелементи


Мікро- і макроелементи

МІ́КРО- ТА МАКРОЕЛЕМЕ́НТИ (від мікро... і макро..., лат. elementum – стихія, первинна речовина) – хімічні елементи, що наявні в організмі у низьких (від 0,001 до 0,000000000001 %) та високих концентраціях. Саме це визначає їхні назви: слідові елементи – у нім. та англ. мовах, олігоелементи – у франц. авторів, розсіяні елементи – у працях В. Вернадського. Єдиною характер. ознакою мікро­елементів, що відрізняє їх від макроелементів, є низька концентрація їх у живих організмах. Існують різні класифікації хім. елементів, що знаходяться в організмі людини. Частина дослідників надає перевагу назві «біологічно значущі елементи» (на противагу «біологічно інертним елементам»), вказуючи на те, що це хім. елементи, необхідні живим організмам для забезпечення нормал. життєдіяльності.

Елементи, що забезпечують життєдіяльність організму, класифікують за різними ознаками – вмісту в організмі, ступеня необхідності, біол. ролі, тканин. специфічності тощо. За вмістом у організмі людини їх поділяють на макроелементи (більше 0,01 % маси тіла), мікроелементи (від 0,009 до 0,00001 %), ультрамікроелементи (менше 0,000001 %; див. Табл.).

Мікро- і макроелементи

Деякі дослідники поділяють ці групи за ін. концентраціями. Іноді ультрамікроелементи не відокремлюють від мікроелементів. Сучасні класифікації поділяють усі мікроелементи за наступ. ознаками: за життєвою необхідністю: 1) есенціал. – Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Se, Mn; 2) умовно-есенціал. – As, В, Br, F, Li, Ni, V, Si; 3) токсичні – Al, Cd, Pb, Hg, Be, Ba, Vi, Tl; 4) потенційно токсичні – Ge, Au, In, Rb, Ag, Ti, Ті, U, W, Sn, Zr; за імуномодулювал. ефектом: 1) необхідні (есенціал.) для імун. системи – Fe, I; 2) Сu, Zn, Co, Cr, Mo, Se, Mn, Li; 3) імунотоксичні: Al, As, В, Ni, Cd, Pb, Hg, Be, Vi, Tl, Ge, Au; 4) Sn та ін. В основі розподілу мі­кроелементів в органах тіла лежить їх фізіол. значення, а також особливості кровопостачання організму. У головному мозку активну участь у склад. біохім. процесах беруть: мідь, марганець, алюміній, кремній, титан, срібло. У щитоподіб. залозі зосереджена половина йоду, що є у всьому організмі, крім того, ще й бром, кобальт, арсен, ртуть, мідь, свинець, фтор, цинк, титан. У підшлунк. залозі – цинк, кобальт, нікель, арсен, йод, молібден, кремній, марганець, олово, хром, свинець. Печінка є осн. «сховищем» мінерал. речовин для організму; вона сприяє їх сталості у крові. Одночасно печінка – єдиний орган, що виводить мікроелементи з організму. Мікроелементи входять до складу ферментів (відомо бл. 200 металоферментів): Zn – до карбоангідрази, Cu – до поліфенолоксидази, Mn – до аргінази, Mo – до ксантиноксидази; вітамінів: Co – до складу вітаміну B12; гормонів: I – до тироксину, Zn і Co – до інсуліну; дихал. пігментів: Fe – до гемоглобіну та ін. залізовміс. пігментів, Cu – до гемоціаніну. Деякі мікроелементи впливають на здатність до росту (Mn, Zn, I), розмноження (Mn, Zn), кровотворення (Fe, Cu, Co), на процеси дихання тканин (Cu, Zn), внутр.-клітин. обміну тощо. Для низки мікроелементів (Sc, Zr, Nb, Au, La і ін.) невідома їхня кількість у тканинах, органах і не з’ясована біол. роль. Осн. джерело надходження мікроелементів до організму – їжа. Питна вода покриває 1–10 % добової потреби в I, Cu, Zn, Mn, Co, Mo, і лише для F, Sr є гол. джерелом. Вміст мікро­елементів у їжі залежить від гео­хімії місцевості, де її було отримано, й набору продуктів раціону.

Причиною ендеміч. захворювань людини є: I, нестача якого сприяє поширенню ендеміч. зоба, і F, при надлишку якого виникає флюороз, а при недостатності – карієс. Для F визначал. джерелом надходження в організм є вода, для I – молоко й овочі. Осн. «постачальником» у раціон більшості ін. найважливіших мікроелементів є хлібопродукти. З віком вміст багатьох мікроелементів (Al, Ti, Cl, Pb, F, Sr, Ni) в організмі збільшується, у період росту й розвитку це наростання йде швидко, а до 15–20 р. сповільнюється або припиняється. Вміст Co, Cu, Ni в крові й Sr у скелеті у 50–60 р. стає нижчим, ніж у 20–25 р. У клін. медицині в боротьбі з деякими видами анемій ефективно застосовують препарати, що містять Co, Fe, Cu, Mn, а також Br і I. Успішно застосовують методи йодування солі й хліба для профілактики ендеміч. зоба, фторування води для зниження захворюваності на карієс. У випадках, коли F у природ. водах забагато, експлуатуються дефторуючі установки.

Мікроелементози – захворювання й синдроми, у генезі розвитку яких лежать недостатність або надлишок мікроелементів, їхній дисбаланс, аномал. співвідношення макро- і мікроелементів. Розвитку різних мікроелементозів у сучас. умовах сприяє техногенне забруднення довкілля. У безпосеред. близькості від багатьох пром. підпр-в утворюються зони з підвищ. вмістом Pb, As, Hg, Cd, Ni та ін. токсич. мікроелементів. Визначити стан обміну хім. елементів в організмі й токсич. вплив на нього окремих важких металів можна за вмістом у крові, волоссі, слині, шлунк. соку, сечі. Для цього використовують сучасні аналіт. методи (атомно­емісійна- й мас-спектрометрія, атомно-абсорбц. спектрофотометрія та ін.). Остан. часом все більший інтерес викликає дослідж. волосся, оскільки вміст мікроелементів у ньому відображає елемент. статус усього організму та є інтеграл. показником мінерал. обміну. За допомогою плазмово-спектрометрич. аналізу волосся можна визначити схильність організму до тих або ін. відхилень, захворювань.

Із 106-ти елементів період. системи Д. Менделєєва в організмі людини постійно наявні 86, із них 25 – необхідні для нормал. життєдіяльності. При перевищенні кількості елемента в організмі 2–10 % його вважають макроелементом. Найбільше в організмі міститься наступ. макроелементів: кисню – 65 %, вуглецю – 18 %, водню – 10 %, нітрогену – 3 %. Ці макроелементи називають органогенними, або макронутриєнтами; переважно з них побудовані білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти тощо. До ін. макроелементів належать: калій – 0,35 %, кальцій – 2 %, магній – 0,05 %, натрій – 0,15 %, сірка – 0,25 %, фосфор – 1,1 %, хлор – 0,15 %. При серед. масі тіла людини 70 кг в її організмі міститься (у грамах): кальцію – 1700, калію – 250, натрію – 70, магнію – 42, заліза – 5, цинку – 3. Н, С, О, N, частка яких становить 96 % маси живої речовини, й Ca, Р, К, Na, Mg, S, Cl становлять 10–20 % і більше маси тіла. Макроелементи сконцентровані, зазвичай, в одному типі тканин живого організму.

Вміст макроелементів в організмі досить постійний, але навіть порівняно великі відхилення від норми сумісні з життєдіяльністю організму. Макроелементи, як правило, входять в організмі до складу орган. сполук. Водень (H) у природі виявляють переважно у вигляді сполук; він є складовою усіх біол. речовин (амінокислот, білків, вітамінів, гормонів), води. Рівень іонів водню визначає кислотність середовища. Нітроген (N) наявний у живих організмах у складі амінокислот, пептидів, пуринів, що входять до складу ДНК. Кисень (O) входить до складу білків, жирів, вуглеводів, без нього неможливе дихання, окиснення амінокислот, жирів, вуглеводів. У фагоцитах кисень відновлюється до супероксидіону, що ініціює окиснення сторон. орган. речовин, захоплених фагоцитами. Нормал. вміст кисню у повітрі (≈21 об’єм. %) створює необхідний для насичення крові й тканин парціал. тиск. Зниження вмісту O2 до 16–18 об’єм. % не небезпечно. При зниженні вмісту O2 до 14 об’єм. % з’являються ознаки кисн. недостатності, а зниження до 9 об’єм. % небезпечне для життя. (C) за своїм значенням для живих організмів є органогеном № 1. Натрію гідрокарбонат входить до однієї з буфер. систем організму (рН 7,8–8,0), що, напр., у жовчі створює лужне середовище, яке сприяє гідролізу жирів. K, Na, Ca, P, Mg, S, Cl надходять в організм із водою, харч. продуктами й відіграють провідну роль у регулюванні водно-сольового, білкового, вуглевод. й жирового обмінів, підтримці кислотно-лужні рівноваги, функції клітин. мембран, передачі нерв. імпульсів тощо.

Літ.: Погорєлов М. В., Бумейстер В. І., Ткач Г. Ф. та ін. Макро- та мікроелементи (обмін, патологія та методи визначення). С., 2010; C. Starr, B. McMillan. Human Biology. Boston, 2014; Левітін Є. Я., Ведерникова І. О., Коваль А. О., Криськів О. С. Біоактивність неорганічних сполук. Х., 2017; Радыш И. В., Скальный А. В., Нотова С. В., Маршинская О. В., Казакова Т. В. Введение в элементологию. Оренбург, 2017; Калібабчук В. О., Чекман І. С., Галинська В. І. та ін. Медична хімія. К., 2018.

Статтю оновлено: 2019