Микроэлементы

химические элементы, присутствующие в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Термин «М.» применяется и для обозначения некоторых химических элементов, содержащихся в почвах, горных породах, минералах, водах. Точные количественные критерии для различения М. От макроэлементов не установлены. Некоторые макроэлементы почв и горных пород (Al, Fe и др.) являются М. Для большинства животных, растений, человека. В живых организмах отдельные М. Были обнаружены ещё в начале 19 в., но их физиологическое значение оставалось неизвестным. В. И. Вернадский установил, что М. Не случайные компоненты живых организмов и что их распределение в биосфере (См. Биосфера) определяется рядом закономерностей.

По современным данным, более 30 М. Считаются необходимыми для жизнедеятельности растений и животных. Большинство М. — металлы (Fe, Cu, Mn, Zn, Mo, Со и др.), некоторые — неметаллы (I, Se, Br, F, As). В организме М. Входят в состав разнообразных биологически активных соединений. Ферментов (например, Zn — в карбоангидразу, Cu — в полифенолоксидазу, Mn — в аргиназу, Mo — в ксантиноксидазу. Всего известно около 200 металлоферментов), витаминов (Со — в состав витамина B12), гормонов (I — в тироксин, Zn и Со — в инсулин), дыхательных пигментов (Fe — в гемоглобин и другие железосодержащие пигменты, Cu — в гемоцианин). Действие М., входящих в состав указанных соединений или влияющих на их функции, проявляется главным образом в изменении активности процессов обмена веществ в организмах.

Некоторые М. Влияют на рост (Mn, Zn, I — у животных. В, Mn, Zn, Cu — у растений), размножение (Mn, Zn — у животных. Mn, Cu, Mo — у растений), кроветворение (Fe, Cu, Со), на процессы тканевого дыхания (Cu, Zn), внутриклеточного обмена и т. Д. Для ряда обнаруженных в организмах М. (Sc, Zr, Nb, Au, La и др.) неизвестно их количественное распределение в тканях и органах и не выяснена биологическая роль. М. В почвах входят в состав разных соединений, большая часть которых представлена нерастворимыми или труднорастворимыми формами и лишь небольшая — подвижными формами, усваиваемыми растениями. На подвижность М. И их доступность растениям большое влияние оказывают кислотность почвы, влажность, содержание органического вещества и другие условия.

Содержание М. В почвах различных типов неодинаково. Например, подвижными формами В и Cu богаты чернозёмы (0,4—1,5 и 4—30 мг в 1 кг почвы) и бедны дерново-подзолистые (0,02—0,6 и 0,1—6,7 мг в 1 кг), недостаток Mo ощущается в лёгких, Со — в кислых дерново-подзолистых почвах, Mn — в чернозёмах, Zn — в бурых и каштановых. Недостаток или избыток М. В почве приводит к дефициту или избытку их в растительном и животном организме. При этом происходят изменения характера накопления (депонирования), ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, перестройка процессов межуточного обмена, выработка новых адаптаций или развиваются расстройства, ведущие к т. Н. Эндемическим заболеваниям человека и животных.

Так, эндемическая атаксия у животных вызывается недостатком Cu, некоторым избытком Mo и сульфатов, возможно, также Pb. Эндемический зоб у человека и животных — недостатком I. Акобальтозы — нехваткой Со в почве. Борные энтериты, осложнённые пневмониями (у овец), — избытком В. В различных биогеохимических провинциях (См. Биогеохимические провинции) эндемическими заболеваниями поражаются обычно 5—20 % поголовья с.-х. Животных или популяции того или иного вида. Для растений также вреден недостаток или избыток М. Например, при недостатке Mo подавляется образование цветков у цветной капусты и у некоторых бобовых. При недостатке Cu нарушается плодообразование у злаков, цитрусовых и других растений. При недостатке В — недоразвито цветоложе, отсутствует цветение (арахис), отмирают бутоны (яблоня, груша), засыхают соцветия (виноград) и плоды (арахис, капуста).

При избытке В растения поражаются гнилью корневой шейки, заболевают хлорозом, массовое распространение получает образование галлов. В провинциях, где концентрация отдельных М. Не достигает нижних пороговых границ, эндемические болезни удаётся предупреждать и излечивать добавлением в корм животных соответствующих М. Для растений применяют Микроудобрения. В кормлении с.-х. Животных М. Используют также для повышения продуктивности с.-х. Животных. Соли М. Или водные растворы добавляют к силосу, концентрированным и грубым кормам. М. — компоненты многих комбикормов, выпускаемых комбикормовой промышленностью. См. Также Биогенные элементы и статьи по отдельным элементам, например Бор в организме, Иод в организме, Молибден в организме и др.

Лит. Виноградов А. П., Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах, 2 изд., М., 1957. Шоу Д. М., Геохимия микроэлементов кристаллических пород, пер. С франц., Л., 1969. Школьник М. Я., Значение микроэлементов в жизни растений и в земледелии, М. — Л., 1950. Каталымов М. В., Микроэлементы и микроудобрения, М. — Л., 1965. Евдокимов П. Д., Артемьев В. И., Витамины, микроэлементы, биостимуляторы и антибиотики в животноводстве, Л., 1967. Берзинь Я. М., Самохин В. Т., Микроэлементы в животноводстве, М., 1968. Ковальский В. В., Андрианова Г., А., Микроэлементы в почвах СССР, М., 1970. Ковальский В. В., Раецкая Ю. И., Грачева Т. И., Микроэлементы в растениях и кормах, М., 1971. Жизневская Г. Я., Медь, молибден и железо в азотном обмене бобовых растений, М., 1972.

А. Р. Вальдман, Г. Я. Жизневская. Основной источник поступления М. В организм человека — пищевые продукты растительного и животного происхождения. Питьевая вода покрывает лишь 1—10 % суточной потребности в таких М., как I, Cu, Zn, Mn, Со, Mo, и лишь для отдельных М. (F, Sr) служит главным источником. Содержание разных М. В пищевом рационе зависит от геохимических условий местности, в которой были получены продукты, а также от набора продуктов, входящих в рацион. В современной практике для населения развитых стран характерно включение в рацион разнообразных продуктов питания, значительная часть которых производится далеко от места потребления, ввиду чего ликвидируются условия, способствующие воздействию на человека геохимических особенностей местности.

Лишь два М. Могут быть достоверно названы в качестве этиологического фактора эндемических заболеваний человека — I, недостаток которого способствует распространению зоба эндемического, и F, при избытке которого возникает Флюороз, а при недостатке — Кариес. Для F определяющим источником поступления в организм является вода, для I — молоко и овощи, т. Е. Продукты, которые, как правило, производятся в районе проживания пораженного населения. Основным «поставщиком» в рацион большинства других важнейших М. Являются хлебопродукты. М. Распределяются в организме неравномерно. Повышенное их накопление в том или ином органе в значительной мере связано с физиологической ролью элемента и специфической деятельностью органа (например, преимущественное накопление Zn в половых железах и его влияние на воспроизводительную функцию).

В других случаях М. Воздействует на органы и функции, не связанные с местом его накопления в организме. С возрастом содержание многих М. (Al, Ti, Cl, Pb, F, Sr, Ni) увеличивается, причём в период роста и развития это нарастание идёт сравнительно быстро, а к 15—20 годам замедляется или прекращается. Есть данные, что содержание Со, Cu, Ni в крови и Sr в скелете в возрасте 50—60 лет становится несколько ниже, чем в 20—25 лет. Абсолютные уровни содержания М. В органах и тканях могут существенно колебаться в зависимости от места жительства, постоянных пищевых рационов и других причин, определяющих уровень поступления и накопления данного М., а также в зависимости от индивидуальных особенностей организма. Установлено, что концентрация в крови некоторых элементов постоянно поддерживается на сравнительно стабильном уровне (Со 4—8 мкг %, Cu 80—140 мкг %, Fe 45—60 мкг %), другие же М.

(Sr, Pb, F) не подвергаются подобной регуляции, и их содержание в крови может заметно колебаться в зависимости от уровня поступления элемента в организм. В крови большинство М. Находится в связанном с белками состоянии — Cu в виде купропротеидов и церулоплазмина, Zn — в виде угольной ангидразы, Со — как компонент витамина В12 и в форме, связанной с белком, Fe — в виде сидерофиллина. Некоторые элементы находятся в крови в ионном состоянии, например Li. Около 50 % Sr и F входят в минеральные структуры кости, эмали и дентина. По значению для жизнедеятельности организма М. Разделяют на необходимые (Со, Fe, Cu, Zn, Mn, I, F, Br) и вероятно необходимые (Al, Sr, Mo, Se, Ni). Роль Bi, Ag и другие М., закономерно обнаруживающихся в тканях, остаётся невыясненной.

Функции М. В организме весьма ответственны и многообразны. Физиолого-гигиеническую характеристику важнейших М. См. В табл., где представлены эффекты т. Н. Биотических количеств М. (т. Е. Количеств, встречающихся в природе). Внутри этих пределов действие одного и того же элемента может существенно меняться. Например, малые количества Мn стимулируют кроветворение и иммунореактивность, большие — угнетают. При увеличении концентрации F в питьевой воде до 1—1,5 мг/л заболеваемость кариесом снижается, а при превышении 2—3 мг/л развивается флюороз и т. Д. В организме взаимодействие отмечается и между самими М. (Со эффективно действует на кроветворение лишь при наличии в организме достаточных количеств Fe и Cu. Mn повышает усвоение Cu, Cu по некоторым эффектам является антагонистом Mo.

F влияет на метаболизм Sr и т. П.). Использование М. В клинической медицине пока носит ограниченный характер. Эффективно применяются в борьбе с некоторыми видами анемий препараты Со, Fe, Cu, Mn. В качестве фармакологических средств в клинике используют также Br и I. В области применения М. Значительны успехи гигиены. Иодирование соли или хлеба для профилактики эндемического зоба, фторирование воды для снижения заболеваемости кариесом. В случаях, когда F в природных водах много, эксплуатируются дефторирующие установки. Основные физиолого-гигиенические характеристики важнейших незаменимых микроэлементов ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ | Микроэлемент | Содержание в | Основные  | Содержание | Суточная | Ткани и органы, в  | Физиологическая  | | | водоисточниках | источники  | в суточном | потребность,  | которых  | роль и биологические | | | (обычное), мг/л  | поступления в | пищевом | мг  | преимущественно | эффекты | | |  | организм | рационе, мг | | накапливается  | | | |  | | | | элемент | | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Al | 0—0,1 | Хлебопродукты | 20—100 | 2—50  | Печень, головной | Способствует | | |  | | | | мозг, кости | развитию и | | |  | | | | | регенерации | | |  | | | | | эпителиальной,  | | |  | | | | | соединительной и | | |  | | | | | костной ткани.

| | |  | | | | | воздействует на | | |  | | | | | активность | | |  | | | | | пищеварительных  | | |  | | | | | желёз и ферментов | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Br | 0—0,25 | Хлебопродукты, | 0,4—1,0 | 0,5—2,0 | Головной мозг, | Участвует в | | |  | молоко | | | щитовидная | регуляции | | |  | | | | железа | деятельности | | |  | | | | | нервной системы, | | |  | | | | | воздействует на | | |  | | | | | функции половых | | |  | | | | | желёз и щитовидной  | | |  | | | | | железы | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Fe  | 0,01—1,0  | Хлебопродукты, | 15—40 | 10—30 | Эритроциты, | Участвует в | | |  | мясо, фрукты | | | селезёнка,  | кроветворении, | | |  | | | | печень | дыхании, в | | |  | | | | | иммунобиологических | | |  | | | | | и окислительно- | | |  | | | | | восстановительных | | |  | | | | | реакциях; при | | |  | | | | | недостатке возникает  | | |  | | | | | анемия | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | J  | 0—0,3 | Молоко, овощи | 0,04—0,2 | 1,1—1,3 | Щитовидная | Необходим для  | | |  | | | | железа | функционирования | | |  | | | | | щитовидной железы.

| | |  | | | | | недостаточное  | | |  | | | | | поступление | | |  | | | | | способствует  | | |  | | | | | распространению | | |  | | | | | эндемического зоба  | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Co | 0,01—0,1  | Молоко,  | 0,01—0,01 | 0,02—0,2 | Кровь, селезёнка, | Стимулирует | | |  | хлебопродукты, | | | кости, яичники,  | кроветворение, | | |  | овощи | | | гипофиз, печень  | участвует в синтезе | | |  | | | | | белков, в регуляции | | |  | | | | | углеводного обмена  | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Mn | 0—0,5 | Хлебопродукты | 4—36  | 2—10  | Кости, печень,  | Влияет на развитие | | |  | | | | гипофиз | скелета, участвует в | | |  | | | | | реакциях иммунитета, | | |  | | | | | в кроветворении и | | |  | | | | | тканевом дыхании.

| | |  | | | | | при недостатке у | | |  | | | | | животных — | | |  | | | | | истощение, задержка | | |  | | | | | роста и развития | | |  | | | | | скелета | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Cii  | 0—0,1 | Хлебопродукты, | 1—10  | 1—4 | Печень, кости  | Способствует росту и | | |  | картофель,  | | | | развитию, участвует  | | |  | фрукты | | | | в кроветворении, | | |  | | | | | иммунных реакциях,  | | |  | | | | | тканевом дыхании | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Mo | 0—0,1 | Хлебопродукты | 0,1—0,6 | 0,1—0,5 | Печень, почки, | Входит в состав | | |  | | | | пигментная  | ферментов, ускоряет  | | |  | | | | оболочка, глаза  | рост птиц н | | |  | | | | | животных; избыток | | |  | | | | | вызывает  | | |  | | | | | заболевание скота | | |  | | | | | молибденозом | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | F | 0—2,0 | Вода, овощи, | 0,4—1,8 | 2—3 | Кости, зубы | Повышает  | | |  | молоко | | | | устойчивость зубов к  | | |  | | | | | кариесу, стимулирует | | |  | | | | | кроветворение и | | |  | | | | | иммунитет, участвует | | |  | | | | | в развитии скелета;  | | |  | | | | | избыток вызывает  | | |  | | | | | флюороз | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Zn  | 0—0,1 | Хлебопродукты, | 6—30  | 5—20  | Печень, простата | Участвует в | | |  | мясо, овощи  | | | сетчатка  | процессах | | |  | | | | | кроветворения, в | | |  | | | | | деятельности желёз | | |  | | | | | внутренней секреции;  | | |  | | | | | при недостатке у | | |  | | | | | животных — | | |  | | | | | отставание роста,  | | |  | | | | | снижение  | | |  | | | | | плодовитости | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Лит.

Войнар А. О., Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека, 2 изд., М., 1960. Микроэлементы, [сб. Ст.], пер. С англ., М., 1962. Микроэлементы в сельском хозяйстве и медицине, К., 1963. Бабенко Г. А., Микроэлементы в экспериментальной и клинической медицине, К., 1965. Шустов В. Я., Микроэлементы в гематологии, М., 1967. Азизов М. А., О комплексных соединениях некоторых микроэлементов с биоактивными веществами, 2 изд., Таш., 1969. Коломийцева М. Г., Габович Р. Д., Микроэлементы в медицине, М., 1970 (лит.). В. А. Книжников..