Мікроелементологія

МІКРОЕЛЕМЕНТОЛО́ГІЯ (від мікро..., лат. elementum — стихія, первісна речовина і ...логія) — вче­н­ня про склад, біо­логічну роль і механізми участі хімічних елементів низьких концентрацій (мікро­елементів) у живих організмах, а також стани й процеси в них, повʼязані з поруше­н­ням надходже­н­ня (не­стачею або надлишком) чи дисбалансом мікро­елементів. Мікро­елементи в живих організмах почали виявляти ще у 19 століт­ті, хоча систематично їх досліджують від початку 20 столі­т­тя. Значний внесок у ви­вче­н­ня впливу мікро­елементів на жит­тєдіяльність організмів зробив В. Вернадський та його послідовники. Нині ви­окремлюють біо­логічні (фізіологічні) М., медичну М., ветеринарну М., нутриціологічну М., агрономічну (агрохімічну) М., хімічну М., біо­геохімічну М. тощо. Втім, їх можна обʼ­єд­нати за трьома основними напрямами — М. рослин, М. тварин і М. людини. Ви­значають 30 найважливіших мікро­елементів для жит­тєдіяльності рослин, тварин і людини — залізо, йод, марганець, кобальт, мідь, селен, цинк, фтор, хром, бром, молібден, ванадій, кремній та ін. Чим менша концентрація елемента в живому організмі, тим важче зʼясувати його біо­логічну роль і функції. На­приклад, досі точно не встановлено значе­н­ня таких елементів у живих організмах, як скандій, цирконій, ніобій.

Термін «мікро­елементологія» найчастіше вживають у медичній практиці щодо М. людини; він набув пошире­н­ня в остан­ні десятилі­т­тя внаслідок накопиче­н­ня й по­глибле­н­ня клінічних досліджень обміну мікро­елементів у людському організмі, що стало можливим, зокрема, завдяки новітнім діагностичним технологіям. Хоча перші дослідже­н­ня з М. були проведені на тваринах у 1920-х рр., коли зі­ставляли склад мікро­елементів у ґрунтах і тварин. тканинах із різних геохімічних зон. У 1980-х рр. встановлено норми вмісту більшості мікро­елементів в організмі, що до­зволило проводити практичну діяльність у напрямі аналізу й корекції вмісту мінералів в організмі людини. Для ви­значе­н­ня елементного складу нині використовують окремі види спектрометрії (атомно-абсорбційну, атомно-емісійну з індуктивно-звʼязаною плазмою) та фотометричні методи (в інфрачервоному спектрі або видимому й ультрафіолетовому спектрі). Нині ві­домо, що організм людини (на рівні всіх тканин і рідин) складається з 86-ти хімічних елементів таблиці Д. Менделєєва, із них 25 — найнеобхідніші для нормальної жит­тєдіяльності організму. Усі вони за рівнем концентрації поділяються на мікро- та макро­елементи. Концентрація мікро­елементів у людському організмі становить від 0,001 до 0,000000000001 %, а добова потреба в них не пере­вищує 100 мг. Концентрацію мікро­елементів ви­значають за їхнім вмістом у крові, волос­сі, нігтях, слині, шлунковому соку. За біо­логічною цін­ністю мікро­елементи поділяють на жит­тєво необхідні, або есенційні, та умовно необхідні; існує також поділ мікро­елементів на нетоксичні й потенційно токсичні. Основні функції мікро­елементів в організмі людини — регулюва­н­ня багатьох біо­хімічних процесів (зокрема кислотно-основного балансу, осмотичного тиску клітин­них і між­клітин­них рідин, водно-сольового обміну, системи згорта­н­ня крові тощо), активува­н­ня низки ферментних систем, гормонів, антитіл; сприя­н­ня нормальному функціонуван­ню різних органів і тканин; участь у побудові опорних тканин організму. Мікро­елементи роз­поділяються в організмі не рівномірно, а залежно від їхньої фізіологічної ролі. Так, на­приклад, у головному мозку активну участь у складних біо­хімічних процесах беруть мідь, марганець, алюміній, кремній, титан, срібло. У щитоподібній залозі концентрується йод (хоча він присутній у всьому організмі), є також бром, кобальт, арсен, ртуть, мідь, свинець, фтор, цинк, титан. У під­шлунковій залозі — цинк, кобальт, нікель, арсен, йод, молібден, кремній, марганець, олово, хром, свинець. Печінка, з одного боку, є основним сховищем мінеральних речовин для організму, а з іншого — єдиним органом, що виводить надлишок мікро­елементів з нього. Мікро­елементи не синтезуються в організмі; джерелом їхнього надходже­н­ня є продукти харчува­н­ня рослин­ного й тварин­ного походже­н­ня та вода.

Роз­витку М. сприяють також новітні геохімічні дослідже­н­ня, оскільки обсяг надходже­н­ня мікро­елементів до організму залежить не лише від набору продуктів харчува­н­ня, а й від геохімічних умов місцевості, в якій вони були отримані, та загалом від стану довкі­л­ля, де живе людина. Нині в медицині багато неінфекційних хвороб повʼязують з дефіцитом, надлишком або дисбалансом мікро- та макро­елементів в організмі. Виділяють кілька груп причин, що найчастіше зумовлюють поруше­н­ня здоровʼя у звʼязку з мікро­елементами (такі поруше­н­ня ще називають мікро­елементозами): природні ендоген­ні чин­ники (вроджені, спадкові дис­функції, що спричиняють про­блеми з обміном мікро­елементів), природні екзоген­ні чин­ники (гео­графічно різна місцевість має неоднаковий природний склад мікро­елементів у повітрі, водах, ґрунтах — від недо­статнього до надлишкового для нормальної жит­тєдіяльності людини), техноген­ні чин­ники (техноген­не за­брудне­н­ня довкі­л­ля призводить до значного пере­вище­н­ня мікро­елементів у ньому), ятроген­ні (пере­вище­н­ня концентрації мікро­елементів у звʼязку з при­йомом лікарських засобів або поруше­н­ня обміну мікро­елементів як їхня побічна дія). Найві­доміший у світі приклад мікро­елементозу — це ендемічний дефіцит йоду, який призводить до роз­витку зоба. Про те, що ендемічний зоб є наслідком дефіциту йоду, в науці ві­домо ще з першої половини 20 столі­т­тя, хоча вважають, що йододефіцитний зоб уперше описано ще в стародавньому Китаї, де його лікували витяжками з морських водоростей та щитоподібних залоз свійських тварин. Це захворюва­н­ня найчастіше характерне для гірських місцевостей. Дефіцит йоду виявлено в західних і пів­нічних регіонах України, зокрема в так званій Поліській біо­геохімічній провінції, якій властива не­стача йоду в ґрунті, воді та харчових продуктах. У Карпатах і Поліській біо­геохімічній провінції фіксують також під­вищену частоту гіперплазії щитоподібної залози. Лів­обережна Україна, особливо Полтавська обл., є природно-ендемічною зоною ще одного захворюва­н­ня — флюорозу зубів, повʼязаного з під­вищеним вмістом сполук фтору. Завеликий вміст цього елемента в питній воді реєструють також на окремих територіях Одеської обл. Залізодефіцитна анемія — ще один яскравий приклад поширеного мікро­елементозу, який часто трапляється в педіатричній практиці, акушерстві та гін­екології. За деякими даними, її фіксують у кожної пʼятої людини у світі. До низки інших захворювань, що чітко корелюють із не­стачею чи надлишком мікро­елементів, від­носять борні ентерити, ендемічну кремнієву нефропатію, молібденову подагру, алюмінієву хворобу, сурмʼяну сечокамʼяну хворобу, марганцевий паркінсонізм, хворобу Кашина–Бека, повʼязану з надлишком стронцію, хворобу Кешана, зумовлену дефіцитом селену, хворобу «ітай-ітай», що виникає за умов високого вмісту кадмію в питній воді, «хворобу любителів пива» (збільше­н­ня щитоподібної залози внаслідок надлишку кобальту, повʼязаного з окремими сортами пива) тощо. На території України у звʼязку з техноген­ним за­брудне­н­ням довкі­л­ля фіксують під­вищений вміст деяких мікро­елементів, а саме: нікелю, ванадію, ртуті (у ра­йонах з роз­виненою енергетичною промисловістю); хрому, марганцю, свинцю (у ра­йонах зі скупче­н­ням під­приємств машинобудува­н­ня); свинцю і брому (там, де багато вихлопних газів автомобілів); цинку й міді (в усіх промислових містах). Особливо негативний техноген­ний вплив на склад мікро­елементів у довкіл­лі мала Чорнобильська ката­строфа — продукти роз­паду урану, перед­усім стронцій та цезій, що зберігають радіаційну активність, здатні витісняти інші мікро­елементи й накопичуватися в організмі.

Роз­виток сучасного М. від­бувається в напрямі активних наукових досліджень ролі мікро­елементів у патогенезі тих чи інших хвороб. На­приклад, патологічні процеси, що є причиною захворювань серця й судин, нині ви­вчають у звʼязку з такими мікро­елементами, як кадмій, кобальт, хром, мідь, залізо, свинець, цинк; захворюва­н­ня, повʼязані зі щільністю кісткової тканини (остеопороз), — з міддю, марганцем, цинком; су­глобові патології (артрити) — з кобальтом, міддю, залізом, літієм, марганцем, стронцієм, цинком; імун­ної системи організму — із загальним поруше­н­ням балансу мікро­елементів тощо. Результати якісних клінічних досліджень з М. публікують у між­народних фахових журналах, що ві­діграли важливу роль у становлен­ні М. як роз­ділу медицини, серед них — «Trace Elements in Medicine» (виходить від 1984), «Journal of Trace Elements and Electrolytes in Health and Disease» (від 1987), «Journal of Trace Elements in Experimental Medicine» (від 1988).