МИКРОЭЛЕМЕНТЫ

Рассмотрим теперь те 15 элементов, которые составляют менее 0,01% тела млекопитающего. Эти элементы содержатся в столь, малых количествах, что ранние исследователи могли выявить, только их присутствие в организме, так как аналитические методы не были достаточно тонкими для точного анализа. Поэтому о таких элементах упоминалось как о встречающихся в «следовых» количествах, и они получили название следовых элементов, или микроэлементов. С усовершенствованием аналитических методов; особенно с введением радиоизотопов, удалось не только определить более точно содержание этих элементов, но и выяснить их физиологическую и биохимическую роль.
Микроэлементы можно разбить на 3 группы: 1) те,, о-которых известно, что они необходимы организму; 2) те, которые влияют на обмен веществ, но, возможно, не являются необходимыми; и 3) те, которые очень часто встречаются в живых организмах, но, по-видимому, попадают туда лишь случайно. Некоторые микроэлементы требуются в столь малых количествах, что трудно придумать пищевой рацион, полностью лишенный их, и вполне вероятно, что по мере дальнейшего исследования некоторые элементы второй, а возможно, даже и третьей группы будут переходить в. первую группу.
Простое наличие микроэлемента ничего не говорит нам о его- функции; поэтому одно лишь выявление его присутствия мало информативно: практически любой элемент периодической таблицы может быть обнаружен в каком-то ничтожном количестве.
Роль микроэлементов выясняют в основном двумя способами:: применяя синтетические рационы, составленные из хорошо очищенных компонентов и не содержащие изучаемого элемента, в изучая болезни человека и животных, предположительно обусловленные недостатком данного микроэлемента. Такие болезни’ часто ассоциируются с исключительно низкими концентрациями определенных элементов в почве того или иного района. Первый метод имеет тот недостаток, что трудно исключить из рациона все[15] следы какого-то элемента и что высокоочищенный рацион легко становится дефектным в других отношениях. Например, если пище будет нехватать не только изучаемого микроэлемента, но » какого-то витамина, у животного не наступит ожидаемого улучшения, если добавить один лишь микроэлемент. В связи с этим- исследование микроэлементов было затруднено,, пока прогресс в изучении витаминов не позволил разработать подходящие экспериментальные рационы.
Железо [26J1. Присутствие железа в живых организмах было- известно так давно, что его обычно не считают микроэлементом: Тем не менее оно необходимо организму. В периодической системе железо входит в группу «переходных» элементов (см: рис. 5.7),. которая включает девять известных микроэлементов. Шесть других расположены в периодической таблице в непосредственной близости к тем неметаллам, которые содержатся в живых организмах в наибольших количествах.
Железо — составная часть гемоглобина и ряда внутриклеточных ферментных систем, прежде всего цитохромов. Общее количество железа в организме не очень велико: у взрослого человека его примерно 4 г. Из этого количества 70% содержится в гемоглобине, 3,2% в миоглобине, 0,1% в цитохромах и 0,1% — в ката- .лазе, а остальное — в резервных соединениях, главным образом в печени (O’Dell, Campbell, 1971). У взрослых млекопитающих

1а

2а

За

4а

зь

Переходные

элементы

2
He

3
U

4
Be

5
в

vAN'

10
Ne

\'NaO

:м*'

13
AI

XV\\

4\s.\

P7X

IB
Ar

ЬРз'ч

-$6-27$2в\

4-29-^

4\\v
\:-5op

Ч^Ч

s'4Mn\

4^4°^

VZn\
\\ \ \

44 45 46

S'so^

Ru Rh Pd

Те

57-71

76 77 78

Ва

Zba

Via

Os lr Pt

Нй

.-SO .

Гг

PRa

Рис. 5.7. Периодическая система элементов, встречающихся в природе. Элементы в заштрихованных клетках известны как необходимые животным.

потребность вшолучении с пищей железа очень мала, так как железо, освобождающееся при разрушении гемоглобина, накапливается в печени и снова используется для синтеза гемоглобина. .Растущим животным железа нужно больше, а взрослым самкам .надо возмещать то, что они теряют при процессах, связанных с размножением (при росте утробного плода, менструациях).
Кобальт [27]..Это единственный в своем роде микроэлемент, ионы которого, насколько известно, не нужны как таковые (в свободном виде) никаким животным. Однако всем высшим животным кобальт необходим в форме витамина Bi2, который нужен для образования крови. Недостаток его ведет к тяжелой анемии.

У жвачных витамин В12 синтезируется в рубце бактериальной флорой, если в пище есть достаточное количество кобальта.
Первое убедительное свидетельство того, что кобальт является незаменимым микроэлементом, пришло из Австралии, где тяжелая болезнь крупного рогатого скота и овец причинила большой экономический ущерб. Добавка небольшого количества кобальта предотвращает эту болезнь. Вводить кобальт в удобрения дорого, так как для этого нужны довольно большие его количества. Вместо этого, как выяснилось, можно давать каждой овце содержащий кобальт керамический шарик, который остается в рубце и медленно ^выделяет кобальт в течение нескольких лет.
Никель [28]. Никель в периодической таблице соседствует с кобальтом, и полагают, что он необходим организму. Известно, что никель влияет на рост перьев у цыплят, однако точно не установлено, существен ли этот элемент для жизни. Дело в том, что- небольшие количества никеля почти всегда сопутствуют железу, и поэтому чрезвычайно трудно полностью исключить его из диеты.
Медь [29]. Медь широко распространена в почве, но в определенных областях концентрации ее так низки, что и растения,_ и животные страдают от ее недостатка. Один из наиболее замет? ных симптомов — анемия. Медь не входит в состав молекулы гемоглобина, но недостаток меди препятствует образованию этого пигмента. Конкретный механизм этого эффекта неизвестен.
Медь является также составной частью многих ферментов, наиболее важный из которых — цитохромоксидаза, содержащая и: железо, и медь[16].
Цинк [30]. Цинк входит в состав многих важных, ферментов,, включая карбоангидразу и несколько пептидаз. С помощью очищенного рациона без цинка можно вызвать характерные симптомы.
Ванадий [23]. Ванадий сильно ускоряет рост крыс, содержащихся в изоляции в пластмассовых клетках на высокоочищенном аминокислотном рационе. Необходимое количество — около 1 мкг в день на крысу — лежит в диапазоне концентраций, находимых обычно в естественной пище и в тканях высших животных: (Schwarz, Milne, 1971).
Интересно, что некоторые виды оболочников накапливают в крови очень высокие концентрации ванадия, хотя у других оболочников нет необычных концентраций этого элемента. Смысл этого- обогащения ванадием, если таковой имеется, остается неясным.
Хром [24]. Хром представляет собой сравнительно недавнее- добавление к списку необходимых микроэлементов: Он: нужен для- того, чтобы инсулин мог максимально способствовать поглощению глюкозы тканями (Mertz, 1969). Пока нет данных о том, чтобы хром был компонентом какой-либо ферментной системы или' действовал как активатор фермента.
Молибден [42]. В молибдене нуждаются все азотфиксирующие- микроорганизмы, высшие растения и животные. Он входит в состав фермента ксантиноксидазы и, таким образом, играет роль в окислении пуринов до мочевой кислоты.
Марганец [25]. Марганец широко распространен в почве и содержится во всех растениях и животных: Сравнительно не так: давно было установлено, что он является необходимым компонентом диеты. Недостаток марганца приводит к нарушению развития костей, и, кроме того, этот элемент необходим: дли’функциони

рования яичников и семенников. Его биохимическая роль стала известна только недавно. Он действует как активатор определенных ферментных систем, но связь этой функции с симптомами его недостаточности не вполне ясна.
Кремний [14]. Давно было известно, что кремний, который по распространенности в земной коре стоит вслед за кислородом, необходим растениям. Однако то, что он нужен также для , роста и нормального развития животных, было установлено лишь в последние годы (Carlisle, 1972). У цыплят, не получающих кремния, развиваются аномалии костей, в том числе черепа, — очевидно, в результате какого-то влияния на коллаген костной ткани (Carlisle, 1977).
Олово [5G]. Олово, относящееся к той же группе периодической системы, что и углерод с кремнием, составляет одно из самых поздних добавлений к списку необходимых микроэлементов. Неорганические соли олова нужны для нормального роста крыс, содержащихся на высокоочищенных рационах с другими известными микроэлементами (Schwarz et al., 1970).
Мышьяк ['33]. Этот элемент, по-видимому, необходим крысам и предположительно другим животным. При очень низком содержании мышьяка в пище у крыс вырастает грубая шерсть и они развиваются медленнее, чем контрольные животные. Наблюдаются и другие нарушения, в частности увеличение селезенки и низкие величины гематокрита. По каким-то неизвестным причинам у самцов явления недостаточности всегда проявляются сильнее, чем у самок (Nielsen et al., 1975).
Селен [34]. Из-за своей токсичности селен имеет практическое значение не только как необходимый компонент пищи животных. В некоторых областях селен содержится в почве в таких высоких концентрациях, что растения становятся ядовитыми для скота, и пасущиеся животные могут страдать от острого отравления селеном. Однако в то же время селен — необходимый организму микроэлемент; проявлениями его недостаточности могут быть некроз печени и мышечная дистрофия. Биохимическая роль селена, по-видимому, связана с функцией витамина Е, который необходим для роста и нормального размножения крыс.
Фтор [9]. До недавнего времени фтор не считался необходимым элементом, хотя некоторые его физиологические эффекты были хорошо известны; однако положение изменилось, когда было обнаружено, что он нужен для нормального роста крыс (Schwarz, Milne, 1972).
Давно было известно, что фтор присутствует в небольших количествах в зубах и костях, где его ионы включены в кристаллическую решетку фосфата кальция (апатита) —главного минерального компонента. Так ли необходим фтор в этой роли, не ясно, но он делает зубы более устойчивыми к кариесу. В связи с этим .для снижения частоты кариеса было рекомендовано добавление фторида к водопроводной воде. Эффективность этого средства несомненна, а добавляемые количества столь малы, что никаких токсических эффектов не наблюдается.
Однако в некоторых географических районах фтор содержится в природных источниках воды в таких высоких концентрациях, что он вызывает изменение зубной эмали, известное под названием «пятнистая эмаль». С косметической точки зрения этот эффект нежелателен, но «пятнистые» зубы особенно устойчивы к кариесу. Еще более высокие уровни поглощения фтора ведут к деформации костей и серьезному отравлению; такие случаи имели место вблизи плавильных заводов и других предприятий, выбрасывающих фтор в атмосферу.
Иод [53]. Физиологическое значение иода связано с тем, что он входит в состав гормонов щитовидной железы. Эти гормоны ускоряют клеточный метаболизм и необходимы как регуляторы интенсивности обмена веществ и нормального роста позвоночных. Давно известно, что случаи зоба (увеличения щитовидной железы) у человека очень часты в тех географических районах, где содержание иода в почве особенно низко. Увеличение щитовидной железы, по-видимому, является реакцией на недостаток иода, и введение небольших его количеств с пищей (обычно в виде малых добавок йодистого натрия к обычной пищевой соли) позволило практически ликвидировать эту довольно серьезную в прошлом проблему.
Районы с недостатком иода — это большей частью внутренние гористые местности, удаленные от океана. Морская вода содержит небольшое количество иода, и он попадает в атмосферу с брызгами от волн, осаждается с дождем и удовлетворяет нужды как животных, так и человека даже на расстояниях в несколько сотен километров от побережья.
Другие микроэлементы. В живых тканях встречается также много других следовых элементов (например, литий, рубидий, бериллий, стронций, алюминий, бор, германий, бром), и возможно, что они имеют функциональное значение, хотя определенных свидетельств этого нет. Некоторые из них весьма токсичны, но даже и в этом случае они могут быть необходимыми в следовых количествах. Кроме того, в настоящее время нет причин думать, что у всех животных потребности в микроэлементах в точности одинаковы.

<< | >>

↑

Источник: Под ред. Е. М. Крепса. Физиология животных. Приспособление и среда, Книга I. 1982

Еще по теме МИКРОЭЛЕМЕНТЫ:

- Биология индивидуального развития - Для внеклассного чтения - История биологии - Книги по биологии - Научно-популярная биология - Теория эволюции - Физиология животных -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -