Распределение важнейших биогенных элементов в организме человека

Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, т. е. микрои макроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо (запасником) для многих микроэлементов.

Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, йод — в щитовидной, фтор — в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден — в почках, олово — в тканях кишечника, стронций — в предстательной железе, костной ткани, барий — в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром — в гипофизе и т. д. Данные по распределению (топографии) некоторых макрои микроэлементов в организме человека приведены на рис. 7.4.

В организме микроэлементы могут находиться как в связанном состоянии, так и в виде свободных ионных форм. Установлено, что кремний, алюминий, медь и титан в тканях головного мозга присутствуют в виде комплексов с белками, тогда как марганец — в ионном виде.

Водород и кислород — макроэлементы. Они входят в состав воды, которой в организме взрослого человека в среднем содержится около 65%. Вода неравномерно распределена по органам, тканям и биологическим жидкостям человека. Так, в желудочном соке, слюне, плазме крови, лимфе вода составляет от 90 до 99,5%; в моче, сером веществе головного мозга, почках — 80%, в белом веществе головного мозга, печени, коже, спинном мозге, мышцах, легких, сердце — 70−80%. Меньше всего воды (40%) содержится в скелете.

Рис. 7.4. Концентрирование некоторых химических элементов в органах, тканях.

и биожидкостях человека Макроэлементы — углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор — входят в состав белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений организма. Содержание углерода в белках составляет от 51 до 55%, кислорода — от 22 до 24, азота — от 15 до 18, водорода от 6,5 до 7, серы — от 0,3 до 2,5, фосфораоколо 0,5%. О содержании белков в различных тканях и органах животных и человека, а следовательно, и о примерном содержании элементов С, Н, N, S, Р можно судить на основании данных, приведенных в табл. 7.3. Из них следует, что максимальное количество белков (-80%) содержится в селезенке, легких, мышцах, минимальное (-25%) — в костях и зубах.

Углерод, водород и кислород входят также в состав углеводов, содержание которых в тканях животных и человека невелико (примерно 2%), и липидов (жиров). Кроме того, в состав фосфолипидов входит фосфор в виде фосфатных групп. В наибольшей степени липиды концентрируются в головном мозге (12%), затем в печени (5%), молоке (2−3%) и сыворотке крови (0,6%). Однако основная часть фосфора — 600 г — содержится в костной ткани. Это 85% от массы всею фосфора, находящегося в организме человека. Концентрируется фосфор и в твердых тканях зубов, в состав которых он входит вместе с кальцием, хлором, фтором в виде гидроксил-, хлор-, фторапатитов (общая формула Са5(Р04)зХ, где X = ОН, Cl, F соответственно).

Таблица 7.3

Содержание белков в тканях различных органов животных и человека (tv, % от сухой массы).

Кальций преимущественно концентрируется в костной, а также в зубной ткани. Натрий и хлор в основном содержатся во внеклеточных жидкостях, а калий и магний — во внутриклеточных. В виде фторидов натрий и калий входят в состав костной и зубной ткани. Магний в виде фосфата Mg^PO^ содержится в твердых тканях зубов.

Десять металлов, жизненно необходимых для живого организма, получили название «металлы жизни». Так, установлено, что в организме человека массой 70 кг содержание «металлов жизни» составляет (в г): кальция — 1700. калия — 250, натрия — 70, магния — 42, железа — 5, цинка — 3, меди — 0,2, марганца, молибдена и кобальта, вместе взятых, — менее 0,1. В теле взрослого человека содержится около 3 кг минеральных солей, причем 5/6 этого количества (2,5 кг) приходится на долю костных тканей.

Некоторые макроэлементы (магний, кальций) и большинство микроэлементов содержатся в организме в виде комплексов с биолигандами — аминокислотами, белками, нуклеиновыми кислотами, гормонами, витаминами и т. д. Так, ион Fe²* в качестве комплексообразователя входит в состав гемоглобина, Со²* - в витамин В12, Mg²* - в хлорофилл. Известны многочисленные биокомплексы и других элементов (Си, Zn, Мо и др.), играющие важную биологическую роль в организме.

На изменение содержания химических элементов в организме влияют различные заболевания. Так, при рахите происходит нарушение фосфорно-кальциевого обмена, что приводит к снижению количества кальция. При нефрите из-за нарушения электролитного обмена содержание кальция, натрия, хлора уменьшается, а магния и калия повышается.

В поддержании определенной концентрации макрои микроэлементов в организме участвуют гормоны.