Роль минеральных веществ в жизнедеятельности организма

Многие элементы в виде минеральных солей, ионов, комплексных соединений входят в состав живой материи и являются незаменимыми нутриентами, которые должны ежедневно потребляться с пищей.

Роль минеральных веществ в организме человека чрезвычайно разнообразна. Они содержатся в протоплазме и биологических жидкостях, играют основную роль в обес-печении постоянства осмотического давления, что является необходимым условием для нормальной жизнедеятельности клеток и тканей. Минеральные вещества входят в состав сложных органических соединений, например, гемоглобина, гормонов, ферментов, являются пластическим материалом для образования костной и зубной ткани. В виде ионов минеральные вещества участвуют в передаче нервных импульсов, обеспечивают свертывание крови и другие физиологические процессы организма.

В зависимости от количества минеральных веществ в организме и пищевых продуктах их подразделяют на макро- и микроэлементы. К макроэлементам относятся кальций, калий, магний, натрий, фосфор, хлор, сера. Они содержатся в количествах, измеряемых сотнями и десятками миллиграммов на 100 г тканей или пищевого продукта. Микроэлементы — это железо, кобальт, цинк, фтор, йод и др. Они входят с состав тканей организма в концентра-циях, выражаемых десятыми, сотыми и тысячными долями миллиграмма.

К наиболее дефицитным минеральным веществам в питании современного человека относятся кальций и железо, к избыточным — натрий и фосфор.

В зависимости от преобладания катионов или анионов в пищевых продуктах проявляются их щелочные или кислотные свойства. Молоко, овощи, фрукты, ягоды придают рационам щелочную направленность, а мясо, рыба, яйца, крупы — кислотную. Например, несмотря на кислый вкус многих плодов, при их потреблении увеличиваются щелочные резервы организма, так как органические кислоты, входящие в состав этих продуктов (лимонная, яблочная и др.), быстро окисляются до оксида углерода (IV) и вода, а К+, Mg2+ и другие катионы остаются в тканях. В мясе, рыбе и других продуктах животного происхождения, богатых белками, фосфором, мало катионов. При окислении протеинов, являющихся источниками серы (метионин, цистин, цистеин), образуются ионы серной кислоты, на нейтрализацию которой расходуются щелочные резервы тканей. Минеральные вещества имеют важное значение в качестве факторов, необходимых для устранения и профилактики ряда заболеваний: эндемического зоба, флюороза, кариеса, стронциевого рахита и др.

Длительный недостаток или избыток в питании каких-либо минеральных веществ приводит к нарушению обмена белков, жиров, углеводов, витаминов, воды и развитию соответствующих заболеваний. Наиболее распространенным следствием несоответствия в рационе количества кальция и фосфора является кариес зубов, разрежение костной ткани. При недостатке фтора в питьевой воде разрушается эмаль зубов, а дефицит йода в пище и воде приводит к развитию зоба.

Причинами нарушения обмена минеральных веществ даже при их достаточном количестве в пище могут быть следующие:

1) несбалансированное питание (недостаточное или избыточное количество белков, жиров, углеводов и витаминов);

2) применение методов кулинарной обработки пищевых продуктов, обусловливающих потери минеральных веществ, например, при размораживании (в горячей воде) мяса, рыбы, удалении отваров овощей и фруктов, куда переходят растворимые соли;

3) отсутствие своевременной коррекции состава рационов при изменении потребности организма в минеральных веществах, связанной с физиологическими причинами. Так, например, у работающих в условиях повышенной температуры внешней среды увеличивается потребность в калии, натрии, хлоре и других минеральных веществах в связи с большой потерей их с потом;

4) нарушение процессов всасывания минеральных веществ в желудочно-кишечном тракте или повышение потерь жидкости (например, кровопотери).

Макроэлементы

Кальций. Это основной структурный компонент костей и зубов. Он входит в состав ядер клеток, клеточных и тканевых жидкостей, необходим для свертывания крови. Кальций образует соединения с белками, фосфолипидами, органическими кислотами; участвует в регуляции проницаемости клеточных мембран, в процессах передачи нервных импульсов, в молекулярном механизме мышечного сокращения, контролирует активность ряда ферментов. Таким образом, кальций выполняет не только пластические функции, но и влияет на многие биохимические и физиологические процессы в организме.

Кальций относится к трудноусвояемым элементам. Поступающие в организм человека с пищей соединения кальция практически не растворимы в воде. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусвояемых соединений кальция, и лишь воздействие желчных кислот обеспечивает его всасывание.

Ассимиляция кальция тканями зависит не только от содержания его в продуктах, но и от его соотношения с другими компонентами пищи и в первую очередь с жирами, магнием, фосфором, белками. При избытке жиров возникает конкуренция за желчные кислоты и значительная часть кальция выводится из организма через толстый кишечник. На всасывании кальция отрицательно сказывается избыток магния; рекомендуемое соотношение этих элементов составля- ет 1 : 0,5.

Если количество фосфора превышает уровень кальция в пище более чем в 2 раза, то образуются растворимые соли, которые извлекаются кровью из костной ткани. Кальций поступает в стенки кровеносных сосудов, что обусловливает их ломкость, а также в ткани почек, что может способствовать развитию почечно-каменной болезни. Для взрослых рекомендовано соотношение кальция и фосфора в пище 1 : 1,5. Трудность соблюдения такого соотношения обусловлена тем, что большинство широко потребляемых продуктов значительно богаче фосфором, чем кальцием. Отрицательное влияние на усвоение кальция оказывают фитин и щавелевая кислота, содержащиеся в ряде растительных продуктов. Эти соединения образуют с кальцием нерастворимые соли. Много щавелевой кислоты содержится в щавеле, шпинате, ревене и некоторых других овощах. Фитином богаты отруби, зерновые.

Суточная потребность в кальции взрослого человека составляет 800 мг, а у детей, подростков, беременных женщин и кормящих матерей — 1000 мг и более.

При недостаточном потреблении кальция с питанием или нарушении всасывания его в организме (при недостатке витамина D) развивается состояние кальциевого дефицита. Наблюдается повышенное выведение его из костей и зубов. У взрослых развивается остеопороз — деминерализация костной ткани, у детей нарушается развитие скелета, развивается рахит.

Лучшими источниками кальция являются молоко и молочные продукты (различные сыры и творог), зеленый лук, петрушка, фасоль. Значительно меньше кальция содержится в яйцах, мясе, рыбе, овощах, фруктах, ягодах.

Магний. Этот элемент необходим для активности ряда ключевых ферментов, обеспечивающих метаболизм. Магний участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца; оказывает сосудорасширяющее действие; стимулирует желчеотделение; повышает двигательную активность кишечника, что способствует вы-ведению шлаков (в том числе холестерина) из организма.

Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище.

Суточная потребность взрослого человека в магнии составляет 400 мг.

При недостатке магния в питании нарушается усвоение пищи, задерживается рост, на стенках сосудов откладывается кальций, развивается ряд других патологических явлений.

Магнием богаты в основном растительные продукты. Большое количество его содержат пшеничные отруби, крупы (овсяная и др.), бобовые, урюк, курага, чернослив. Мало магния в молочных продуктах, мясе, рыбе, макаронных изделиях, большинстве овощей и фруктов.

Калий. Около 90 % калия находится внутри клеток. Он вместе с другими солями обеспечивает осмотическое давление; участвует в передаче нервных импульсов; регуляции водно-солевого обмена; способствует выведению воды, а, следовательно, и шлаков из организма; поддерживает кислотно-щелочное равновесие внутренней среды организма; участвует в регуляции деятельности сердца и других органов; необходим для функции ряда ферментов.

Калий хорошо всасывается из кишечника, а его избыток быстро удаляется из организма с мочой.

Суточная потребность в калии взрослого человека составляет 2000—4000 мг. Она увеличивается при обильном потоотделении, при употреблении мочегонных средств, заболеваниях сердца и печени.

Калий не является дефицитным нутриентом в питании и при разнообразном питании недостаточность калия не возникает. Дефицит калия в организме проявляется в нарушении функции нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем, сонливости, снижении артериального давления, нарушении ритма сердечной деятельности. В таких случаях назначается калиевая диета.

Большая часть калия поступает в организм с растительными продуктами. Богатыми источниками его являются урюк, чернослив, изюм, морская капуста, фасоль, горох, картофель, другие овощи и плоды. Мало калия содержится в сметане, рисе, хлебе из муки высшего сорта.

Натрий. Натрий играет большую роль в организме. Он участвует в поддержании осмотического давления в тканевых жидкостях и крови; в передаче нервных импульсов; регуляции кислотно-щелочного равновесия, водно-солевого обмена; повышает активность пищеварительных ферментов.

Этот нутриент легко всасывается из кишечника. Ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей, что обусловливает задержку воды в организме и противодействует ее выделению.

Суточная потребность в натрии в условиях умеренного климата удовлетворяется 7—8 г поваренной соли.

При избыточном потреблении соли ухудшается удаление растворимых в воде конечных продуктов обмена веществ через почки, кожу и другие выделительные органы. Задержка воды в организме осложняет деятельность сердечно-сосудистой системы, способствует повышению кровяного давления. Поэтому потребление соли при соответствующих заболеваниях в пищевом рационе ограничивают. Вместе с тем при работе в горячих цехах или жарком климате увеличивают количество натрия (в виде поваренной соли), вводимого извне, чтобы компенсировать его потерю с потом и уменьшить потоотделение, отягощающее функцию сердца.

Натрий содержится в солениях, брынзе, сыре, хлебе.

Фосфор. Этот элемент принимает участие во всех процессах жизнедеятельности организма: синтезе и расщеплении веществ в клетках; регуляции обмена веществ; входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов; необходим для образования АТФ. Соединения фосфора содержатся во всех клетках организма.

Суточная потребность в фосфоре для взрослых составляет 1200 мг. Она возрастает при большой физической или умственной нагрузках, при некоторых заболеваниях.

При длительном дефиците фосфора в питании организм использует собственный фосфор из костной ткани. Это приводит к деминерализации костей и нарушению их структуры —

разрежению. При обеднении организма фосфором снижается умственная и физическая работоспособность, отмечается потеря аппетита, апатия.

Избыток фосфора в рационе нарушает ассимиляцию кальция.

Большое количество фосфора содержится в продуктах животного происхождения, особенно в печени, икре, а также в зерновых и бобовых. Богатым источником фосфора являются крупы (овсяная, перловая). Однако соединения фосфора из растительных продуктов усваиваются хуже (55 %), чем при потреблении животных (95 %). Замачивание круп и бобовых перед кулинарной обработкой улучшает усвоение фосфора.

Хлор. Физиологическое значение хлора связано с его участием в регуляции водно-солевого обмена и осмотического давления в тканях и клетках. Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока. Этот нутриент легко всасывается из кишечника в кровь.

Суточная потребность в хлоре составляет примерно 5000 мг.

Хлор поступает в организм в основном за счет хлористого натрия при добавлении его в пищу. Богатыми источниками этого элемента являются соления.

Микроэлементы

Железо. Этот элемент необходим для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание, кроветворение; он участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях; входит в состав цитоплазмы, клеточных ядер и ряда ферментов.

Ассимиляции железа препятствуют щавелевая кислота и фитин. Для усвоения этого нутриента необходим витамин В12. Ассимиляции железа способствует также аскорбиновая кислота, поскольку железо всасывается в виде двухвалентного иона.

Суточная потребность в железе составляет для мужчин 10 мг, для женщин — 18 мг.

При дефиците железа в питании развивается малокровие, нарушаются газообмен, клеточное дыхание, т. е. фундаментальные процессы, обеспечивающие жизнь. Развитию железодефицитных состояний способствуют недостаточное поступление в организм железа в усвояемой форме, понижение секреторной активности желудка, дефицит витаминов (особенно B12, фолиевой и аскорбиновой кислот) и ряд заболеваний, вызывающих кровопотери.

Железо — широко распространенный элемент. Он содержится в субпродуктах, мясе, яйцах, фасоли, овощах, ягодах, хлебопродуктах. Однако в легкоусвояемой форме железо содержится только в мясных продуктах, печени, яичном желтке.

Медь. Это — кроветворный микроэлемент, способствующий транспорту железа в костный мозг. Суточная потребность в меди составляет 2,0 мг. Ее источники — печень, яичный желток, зеленые овощи.

Йод. Этот элемент необходим для функции щитовидной железы, он входит в состав ее гормонов.

Йод пищи хорошо всасывается из кишечника. Суточная потребность в нем составляет 100—200 мкг. При дефиците этого элемента развивается зоб.

Йод содержится в рыбных и нерыбных продуктах моря, мясе, яйцах, молоке, овощах. В местностях, где почва бедна йодом, используют поваренную соль с добавленным йодида калия. Йодированная соль неустойчива (йод легко улетучивается), поэтому ее хранят в закрытой посуде в темном месте и солят пищу по окончании тепловой обработки.

При смешанной пище остальные микроэлементы, в которых нуждается организм человека, практически не бывают дефицитными, за исключением фтора в местностях, где почва бедна им; в этих случаях добавляют соли фтора в источники питьевой воды. Недостаток фтора способствует развитию кариеса зубов.

В отдельных районах почва содержит избыточное количество веществ, обусловливающих нарушение усвояемости некоторых элементов. Так, например, увеличение содержания марганца в почве связывает йод в соединение, не усвояемое растениями, и, следовательно, этот элемент становится дефицитным. В таких районах необходимы меры по внесению

соответствующей коррекции в ассортимент продуктов, используемых для составления рационов.

Недостаток минеральных веществ в организме

Основные причины, вызывающие недостаток минеральных веществ:

* Неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода.

* Геологические особенности различных регионов Земли — эндемические (неблагоприятные) районы.

* Большая потеря минеральных веществ по причине кровотечений, болезнь Крона, язвенный колит.

* Употребление алкоголя и некоторых лекарственных средств, связывающих или вызывающих потерю микроэлементов.