Известно, что химический состав клетки определяется шестью основными элементами: углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера. Это макронутриенты, и иногда для их обозначения используют акроним CHNOPS – символы этих элементов в Периодической таблице Д.И. Менделеева. Преимущественно из этих элементов построены белки, жиры, углеводы, витамины. Но существует ряд других элементов, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Принято считать, что элемент является жизненно необходимым, если его дефицит приводит к ухудшению функций организма, а его добавление до физиологического уровня восстанавливает; длительное отсутствие может привести к гибели организма.
По современным данным более 30 элементов считаются жизненно необходимыми. Чем меньше концентрация элемента в организме, тем труднее установить его биологическую роль. Согласно современным представлениям все элементы, исходя из суточной потребности для человека, делят на три группы. По этой классификации, если суточная потребность составляет более 200 мг, то это макроэлементы, если меньше, то микроэлементы и, наконец, если суточная потребность измеряется в микрограммовых количествах, то это ультрамикроэлементы или субмикроэлементы. К макроэлементам относят кальций, фосфор, калий, натрий, магний, хлор, серу; основные микроэлементы – железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден, фтор, йод, бор, кремний; ультрамикроэлементы – селен, хром, олово, никель, вольфрам.
Макро- и микроэлементы выполняют ряд важнейших функций в организме. Вместе с водой минеральные вещества обеспечивают постоянство осмотического давления, кислотно-щелочной баланс, процессы всасывания, секреции, кроветворения, костеобразования, свертывания крови. Кроме того, без них невозможны функции мышечного сокращения, нервной проводимости, клеточного дыхания (окислительного фосфорилирования). Механизмы действия минеральных веществ в организме различны, но чаще всего они входят в состав ферментных систем. При этом надо иметь в виду, что в пище человека одновременно присутствует большое число микронутриентов (макро- и микроэлементов, витаминов, ПНЖК и других), и эффект воздействия на организм будет не простой суммой биологических эффектов отдельных микронутриентов, а результатом комплексного взаимодействия между ними.
Во внутренней среде организма возможны как антагонистические эффекты между микронутриентами, так и синергизм (положительное взаимодействие). Примеров тому множество: так железо и цинк отрицательно влияют на усвоение кальция, а магний и цинк препятствуют усвоению железа; цинк и медь мешают друг другу и т.д. Примеров положительного взаимодействия тоже много: витамины D и В6 положительно влияют на усвоение кальция, селен лучше работает в присутствии витамина Е, а железо – витамина В3. Все это говорит о сложности проблемы и необходимости учитывать эти эффекты.
Рацион современного человека дефицитен по некоторым макро- и микроэлементам. Среди наиболее дефицитных минеральных веществ выделяют кальций и железо, к избыточным относят – натрий и фосфор. Недостаток минеральных веществ в пищевом рационе связан в первую очередь с общим снижением энергетических затрат человека, а отсюда и количеством потребляемой пищи, при этом физиологическая потребность в них осталась на прежнем уровне.
Другой причиной дефицита считается низкая биодоступность макро- и микроэлементов (табл. 3.1) из-за присутствия в пищевых продуктах деминерализующих веществ (щавелевой кислоты, фитинов, пищевых волокон), которые подавляют усвоение кальция, железа, цинка и др., образуя с ними труднорастворимые соединения. Так, например, злаковые и бобовые богаты фитином, а щавель, и шпинат в значительных количествах содержат щавелевую кислоту. Общеизвестно, что суммарное всасывание кальция и магния из пищи составляет лишь треть от общего количества, а железа еще ниже. С другой стороны существуют данные, что большее усвоение при минимальной степени выведения кальция и магния наблюдается при потреблении их не с пищей, а с питьевой водой.
Таблица 3.3.1. Биодоступность минеральных веществ из пищевых источников
|
Наименование |
Биодоступность, % |
|
Калий |
90–95 |
|
Натрий |
90–95 |
|
Хлор |
95–100 |
|
Молибден |
70–80 и меньше |
|
Селен |
50–80 (возможно меньше и больше) |
|
Фосфор |
60–70 |
|
Кальций |
25–40 |
|
Цинк |
20–40 и больше |
|
Магний |
30–35 и больше |
|
Медь |
1–30 и меньше |
|
Железо |
7–15 |
|
Марганец |
3–5 |
|
Хром |
0,5–1 |
Важной причиной дефицита макро- и микроэлементов является рафинация пищи и значительное снижение минеральных веществ при переработке пищевого сырья. В процессе технологической обработки зерна в производстве крупы и муки теряется значительная часть зольных элементов с отходами. Это связано с удалением оболочки и зародыша, как частей наиболее богатых макро- и микроэлементами, в сравнении с цельным зерном. Если среднее содержание минеральных веществ в злаковых составляет 1,7%, то в муке в зависимости от сорта на их долю приходится от 0,5% (в высшем сорте) до 1,5% (в обойной). Например, потери минеральных веществ при помоле пшеничного зерна составляют в процентах : кальция – 50, фосфора – 78, железа – 84, меди – 75, магния – 72, цинка – 71, хрома – 87, марганца – 71. Потери зольных элементов при очистке овощей достигают 10–30% и еще 5–30% теряется в процессе тепловой обработки. Основные потери макроэлементов (кальций и фосфор) при переработке мясного сырья и рыбы связаны с отделением мякоти от костей, тепловой обработкой и составляют от 25 до 50%.
Недостаточность в минеральных веществах напрямую связана с несбалансированностью питания, заболеваниями, связанными с нарушением процессов всасывания. Увеличение потребности в минеральных веществах наблюдается в условиях стрессового состояния или вредных привычек.