С точки зрения науки о питании микроэлементы являются столь же необходимыми компонентами пищи, как и другие минеральные элементы, независимо от того, в какой форме они поступают в организм.

Классификация, основанная на биологической роли элементов, представляет наибольший интерес для физиологов, биохимиков и специалистов в области питания человека. Согласно этой классификации минеральные элементы, обнаруженные в организме, делят на три группы:

1) жизненно необходимые (эссенциальные);

2) вероятно (условно) необходимые;

3) элементы с малоизученной или неизвестной ролью. Эта классификация представлена в табл. 3.

Таблица 3

Группа жизненно важных элементов включает в себя все макроэлементы, часть микро– и ультрамикроэлементов. Это подтверждает мысль о том, что порядок концентрации того или иного микроэлемента в организме еще не определяет его биологического значения.

Элемент может быть отнесен к группе жизненно необходимых, если он удовлетворяет следующим требованиям:

• постоянно присутствует в организме в количествах, сходных у разных индивидуумов;

• ткани по содержанию данного элемента всегда располагаются в определенном порядке;

• синтетический рацион, не содержащий этого элемента, вызывает у животных характерные симптомы недостаточности и определенные биохимические изменения в тканях;

• эти симптомы и изменения могут быть предотвращены или устранены путем добавления данного элемента в пищу.

Таким образом, элемент считается жизненно необходимым (эссенциальным), если при его отсутствии или недостаточном поступлении организм перестает расти и развиваться, не может осуществить свой биологический цикл, в частности не способен к репродукции. Введение недостающего элемента устраняет признаки его дефицита и возвращает организму его жизнеспособность.

При гипомикроэлементозах – заболеваниях, вызываемых дефицитом эссенциальных МЭ – возникают болезни недостаточности, при самых разнообразных формах контакта организмов с токсичными МЭ возникают интоксикации – отравления.

Сложность проблемы состоит в том, что сами эссенциальные МЭ при определенных условиях могут вызывать токсические реакции, а отдельные токсические МЭ при определенной дозировке и экспозиции могут обнаруживать свойства эссенциальных МЭ, то есть оказываться полезными и даже жизненно важными.

При приеме препаратов минералов и микроэлементов очень важно знать суточную потребность человека в них, а также взаимодействие основных элементов при их одновременном потреблении (табл. 4) и усвояемость каждого из них в желудочно-кишечном тракте (Приложение I).

Таблица 4

Взаимодействие элементов

Всем перечисленным требованиям к жизненно важным элементам в свете современных данных удовлетворяют 15 из них. Даже такой элемент, как фтор, обладающий очевидным профилактическим эффектом против кариеса зубов и, по-видимому, способствующий костеобразованию, не включен в эту группу. Дело в том, что до настоящего времени не удалось воспроизвести симптомы недостаточности фтора в эксперименте при содержании на рационе, дефицитном по этому элементу. Необходимо отметить, что воспроизведение пищевой недостаточности иногда затруднительно вследствие чрезвычайно малой потребности организма в изучаемых элементах и наличия их следов в компонентах очищенного рациона (соевом белке, глюкозе, сахарозе, желатине, казеине и пр.).

Среди 15 жизненно необходимых элементов 9 являются катионами (участвуют в реакциях в форме положительно заряженных частиц) – это кальций (Са2+), натрий (Na+), калий (К+), магний (Mg2+), марганец (Mn2+), цинк (Zn2+), железо (Fe2+), медь (Cu2+) и кобальт (Co2+), а 6 других являются анионами (отрицательно заряженными) или содержатся в сложных анионных группировках – хлорид (Cl-), йодид (I-), фосфат (РО43-), сульфат (SO42-), молибдат (МоО32-) и селенит (SeO32-).

Вероятно, необходимые элементы также постоянно обнаруживаются в различных биосредах в относительно стабильных количествах, но не удовлетворяют всем перечисленным выше требованиям. Участие этих элементов в обменных процессах может ограничиваться отдельными тканями и в ряде случаев требует экспериментального подтверждения.

Что касается элементов, роль которых в организме мало изучена или неизвестна, то, по мнению многих ученых, они просто случайно накапливаются в организме, поступая с пищей и не выполняя какой-либо полезной функции. Однако, как писал великий поэт Владимир Маяковский, «если звезды зажигают, значит, это кому-нибудь нужно». Поэтому строго ограничивать группу жизненно важных элементов нельзя, так как возможно открытие биологической роли новых элементов. Например, только в последние десятилетия появились экспериментальные и клинические данные об участии в метаболических процессах фтора, хрома, кремния, мышьяка, а о селене как чрезвычайно необходимом элементе стало известно всего 20–25 лет назад.

Таким образом, микроэлементы (МЭ) – это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека и животных в очень малых количествах, в пределах 10-3-10-12 %.

МЭ – это не случайные составные части тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты закономерно существующей очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организма на всех стадиях развития.

Все химические элементы, включая продукты вулканической растительности, космической активности и различных руд, поступают в организм в основном с растительной и животной пищей и питьевой водой.

Небольшая часть химических элементов попадает в организм человека с атмосферным воздухом и пылью через бронхолегочную систему. Прежде чем попасть в организм человека, вулканические породы и рудные материалы разрушаются под воздействием геологических процессов, климата, ветров, микроорганизмов, воды. Усвоенные бактериями и другими микроорганизмами минералы превращаются из «неживого» вещества в «живое», которое уже может быть использовано растениями для их роста и питания. В результате деятельности микроорганизмов безжизненная порода преобразуется в почву, избирательно обогащенную или обедненную теми или иными химическими элементами и являющуюся источником питания для растений. В свою очередь растения, в составе которых химические элементы находятся в виде сложных бионеорганических соединений, могут быть усвоены животными и человеком. Для представителей морской флоры и фауны задача насыщения организма химическими элементами более упрощена, по сравнению с обитателями суши, так как они постоянно находятся в уникальном солевом растворе, содержащем химические элементы в относительно легкоусвояемых формах. В связи с этим продукты моря являются очень ценными источниками жизненно важных микроэлементов, так как их элементный состав более постоянен и менее зависим от разрушительной деятельности человека. Может быть, именно поэтому во многих приморских странах и регионах (Япония, Корея, Китай, Австралия, Средиземноморье) наблюдаются высокие показатели здоровья, менее распространены так называемые «болезни цивилизации» и наблюдается рост народонаселения? Попадание в почву пестицидов, гербицидов, минеральных удобрений, как правило, нарушает ее экосистемы, приводит к гибели микроорганизмов и других важных звеньев питательной цепи, что проявляется в обеднении почв, растений и животных и, в конечном счете, человека макро– и микроэлементами. Органические и неорганические выбросы промышленных предприятий также существенно нарушают кругооборот химических элементов в природе, особенно на суше, и ведут к изменению химического состава всех ее обитателей.