Физиологическая роль минеральных веществ
Тело взрослого человека содержит в среднем 3—3,5 кг минеральных веществ, из них 5/6 находится в костной ткани. В зависимости от количества, в котором минеральные соли встречаются в организме, их принято делить на макроэлементы и микроэлементы. К микроэлементам относятся минеральные вещества, содержащиеся в количестве менее 0,01 % массы тела. Минеральные элементы присутствуют в организме в виде ионов или входят в состав неорганических и органических соединений (ферментов, витаминов, белков, гормонов и т. п.).
При участии минеральных веществ осуществляются важнейшие физиологические функции: сохранение постоянства концентрации водородных ионов в жидкостях организма, регулирование возбудимости и раздражимости клеток, поддержание постоянства осмотического давления. Многие ионы выполняют специфические функции, определяемые их химическими свойствами.
Одним из ведущих механизмов, поддерживающих осмотическое давление на постоянном уровне, является обмен электролитов и воды между различными жидкостными средами организма. Таким образом, минеральный обмен в организме тесно связан с водным обменом.
Изучение процессов минерального обмена, протекающего в человеческом организме, облегчает профилактику некоторых физиологических сдвигов профессионального характера. Известно, что изменение кислотно-щелочного равновесия, возникающее у летчиков при высотных полетах и уменьшающее устойчивость к летной нагрузке, может ослабляться потреблением пищевых продуктов, богатых фос-,. фором (печень, яйца).
Особое значение в современных условиях приобретают мероприятия по выведению из организма радиоактивных элементов.
Ежедневное поступление минеральных веществ с пищей'является необходимым условием рационального питания.
Макроэлементы. К макроэлементам относятся кальций (Са) магний (Mg), фосфор (Р), натрий (Na), калий -(К), хлор (С1), сера (S) железо (Fe).
Большая часть кальция, магния и фосфора находится как в составе пищевых продуктов, так и в организме человека — в костной ткани. Однако каждый из этих макроэлементов имеет самостоятельное физиологическое значение.
Кальций. 99% всего кальция сосредоточено в костной ткани, а его общее содержание достигает 2% массы тела.
В молодом растущем организме почти весь кальций, поступающий с пищей, используется для построения костной ткани. Во взрослом организме происходит постоянное обновление костной ткани за счет кальция, поступающего с пищей. В регулировании поступления кальция в костную ткань непосредственное участие принимает витамин D. Кальций всегда присутствует в крови в количестве 9—12 мг %, что обеспечивает ее нормальное свертывание.
Потребность в кальции составляет 0,8—1 г в сутки. Основными источниками его в питании являются молоко (120 мг %), сыр (601—979 мг %), творог (140—164 мг %),.фасоль (157 мг %), ржаной хлеб (29 мг %), капуста (36—38 мг %). Следует отметить, что не весь кальций, поступающий с пищей, усваивается организмом'целиком. Белковая пища способствует всасыванию кальция. Кальций растительной пищи усваивается меньше.
Содержание кальция и некоторых других макроэлементов в нормах довольствия военнослужащих показано в табл. 11.
Фосфор входит в основном в состав костной ткани (600 г из 700 г фосфора, содержащегося в организме взрослого человека). 3,2—4,3 мг % фосфора содержится-в плазме крови, часть его находится в ионном состоянии и выполняет важные функции поддержания постоянства реакции среды.
Свободная фосфорная кислота принимает участие в построении многих веществ высокой биологической активности (АТФ, нуклеиновые кислоты, ф'осфатиды, фосфопротеиды).
Суточная потребность в фосфоре — 1,5 г. Потребность в нем обеспечивается многими продуктами — творогом (130—151 мг %), сыром (390—546 мг %), молоком, яйцами (92 мг %), мясом (137— 164 мг %), бобовыми (369—504 мг %), ржаным хлебом (200 мг %), рыбой (173 мг % —в треске) и другими. Фосфорные соединения растительных продуктов усваиваются значительно хуже.
Обмен фосфора тесно связан с обменом кальция. Наиболее благоприятное соотношение в продуктах кальция и фосфора приблизительно 1 : 1,5—2.
Магний. Из 20 г магния, содержащегося в человеческом организме, половина приходится на долю костной ткани. Остальной магний входит в состав клеток тканей.
Суточная потребность в магнии не превышает 500 мг и полностью обеспечивается такими продуктами, как ржаной хлеб (73 мг %), крупы (87—133 мг %), мясо (16 мг %).
Натрий, калий, хлор в организме и в составе пищевых продуктов, как правило, содержатся совместно. Роль этих элементов" сводится в основном к поддержанию определенного осмотического давления. Натрий содержится в основном в жидкостных средах, а калий сосредоточивается преимущественно в клетках. Ионы калия и натрия выполняют существенную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия.
Суточная потребность в натрии составляет 4—6 г, в калии —■ 2,5—5 г. В растительных продуктах преобладает калий, и при питании преимущественно растительной пищей в организме наступает его избыток, который выводится с мочой.
Хлор.. Ионы хлора участвуют в создании осмотического давления, которое на 65—70% определяется растворенными хлоридами. Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока и поддерживает кислотно-щелочное равновесие.
Потребность взрослого человека в хлоре — 4—6 г в сутки. Она удовлетворяется так же, как и потребность в натрии, в основном за счет' поваренной соли. Суточная потребность человека в соли , 10—15 г (с учетом соли, содержащейся в пищевых продуктах и в готовой пище).
Сера является важным структурным • компонентом некоторых аминокислот (метионин, цистин), витаминов (тиамин), ферментов. Она входит в состав инсулина и участвует в его образовании.
Организму взрослого человека необходимо около 1 г серы в сутки. Источниками' серы в питании являются мясо (230 мг. %), рыба (175 мг %), сыр (263 мг %), яйца (195 мг %), ржаной хлеб (104 мг %), бобовые (219—227 мг %) и другие продукты.
Железо относится к кроветворным элементам. В противоположность другим ионам железо удерживается в организме длительное время и выводится из него в незначительных количествах. Плазмой, крови железо доставляется к костному мозгу (кроветворным органам), печени, селезенке. В костном мозгу железо используется для. образования гемоглобина.
Рекомендуемое количество железа в суточном рационе (12.—15 мг) обеспечивается потреблением мяса (2—2,3 мг %), печени (8,4— 12 мг %), картофеля (0,9 мг %), ржаного хлеба (2 мг %), сельди (1,5 мг %) и других продуктов.
Микроэлементы. К микроэлементам относятся: фтор (F), йод (1), цинк (Zn), медь (Си), марганец (Мп), молибден (Мо), стронций (Sr) и другие. По биологическим свойствам они являются в большинстве биоэлементами, входя в структуру клеток, ферментов, витаминов и гормонов.
Фтор необходим для развития зубов и зубной эмали, при косте-. образовании. Для организма неблагоприятны как избыток, так и не< достаток фтора.
Оптимальной концентрацией фтора в питьевой воде' является 0,5—1,2 мг/л. При концентрации менее 0,5 мг/л возникает зубной кариес. Для профилактики этого заболевания вода фторируется
до содержания в ней фтора 1,2 мг/л. Повышенное содержание фтора в питьевой воде (более 1,2 мг/л) также приводит к заболеванию зубов — флюорозу.
" Йод содержится в организме взрослого человека в количестве 25 мг, из них 10—15 мг — в щитовидной железе. Гормоны этой железы (тироксин и др.) включают йод. Суточная потребность в йоде — 100—150 мкг.
При недостаточном поступлении в организм человека йода появляется заболевание, именуемое эндемическим зобом.
Йод содержится в морской воде, откуда при-испарении попадает
в воздух, выпадает с дождевой водой и проникает в почву. Недостаток этого элемента в почве высокогорных и некоторых других районов ведет к уменьшению его в'продуктах животного и растительногопроисхождения, что усиливает возможность заболевания населения,
а также, военнослужащих эндемическим зобом. Военнослужащие,
несущие службу в таких районах, в профилактических целях полу
чают йодированную соль. В ее составе имеется 25 г йодистого калия
(KI) на 1 т соли, что обеспечивает концентрацию свободного йода
0,00191% и ежедневное его поступление в организм около
200 мкг.
Основной источник йода в рационах питания военнослужащих — морская рыба, овощи (капуста, картофель), частично крупы, а также вода,
Цинк входит в состав ряда ферментов, играющих важную и многообразную физиологическую роль. Цинк оказывает нормализующее влияние на жировой обмен, участвует в процессах кроветворения. Суточная потребность в цинке (12—16 мг) обеспечивается продуктами рационов питания военнослужащих.
Медь участвует в процессах кроветворения и тканевого дыхания, входит в состав окислительных ферментов. Недостаток меди приводит к нарушению всасывания железа.
Кобальт участвует в процессах кроветворения и обмена веществ, необходимдля процессов синтеза витамина В12 кишечной микрофлорой. Много общего с кобальтом по биологическому действию имеет никель.
Основное биологическое значение марганца заключается в активном участии его в окислительно-восстановительных процессах.
Ориентировочная норма потребления кобальта 0,005 мг, меди — 2—2,5 мг, марганца — 4 мг в сутки. Разнообразный ассортимент продуктов в питании военнослужащих обеспечивает потребность организма в этих микроэлементах.
Физиологическое значение имеет стронций, содержащийся в костной ткани (0,024% на золу) и меньше в мягких тканях (0,0005%). По своим химическим свойствам стронций близок к кальцию и обычно сопровождает его в реакциях обмена. •
Обмен микроэлементов находится в тесной связи с белковым обменном. Нерациональное белковое питание оказывает резкое влияние на баланс микроэлементов и распределение их в тканях
Радиоактивные элементы. В
теле человека имеется несколько радиоактивных веществ: калий-40 (К40), углерод-14 (С14), радий, цезий и другие. Например, активность цезия в теле взрослого человека составляет примерно 10"9 кюри (это означает распад 230 атомов цезия в минуту с испусканием -у-лучей). На долю радиоактивного калия (К40) приходится 0,019%_ общего количества калия, содержащегося в организме.
Радиоактивные элементы попадают в организм в основном с продуктами питания. Наряду с космическими лучами, излучениями рассеянных в земле, воде и воздухе естественных радиоактивных веществ они создают естественный радиоактивный фон.
К такому излучению человек адаптирован в течение веков, и оно не приносит ему вреда. При попадании в организм радиоактивных элементов с активностью, превышающей естественный фон, принимающих участие в нормальных процессах обмена веществ и способных накапливаться в организме, может развиться лучевая болезнь. Например, радиоактивный йод удерживается щитовидной железой; кальций и иттрий накапливаются в костях; церий — в печени.
Из долгоживущих и трудноудаляемых из организма изотопов большую опасность представляет стронций-90 и цезий-137. Период полураспада стронция-90 28 лет, а распад его сопровождается испусканием р-частиц. Он образует прочные соединения в костях, что обусловливает серьезные повреждения как костного мозга, так и костной ткани. Трудности выведения стронция из организма объясняются образованием комплексных соединений его с органическими веществами костной ткани.
Другие радиоактивные элементы, образующиеся в момент ядерного взрыва, уступают стронцию по воздействию на организм, так как меньше им усваиваются или их можно быстро вывести из организма. Большинство их солей и оснований хорошо растворяется в воде.
Гигиенические мероприятия по предупреждению лучевых поражений направлены на предотвращение всасывания радиоизотопов, блокаду органов, в которых они накапливаются, и выведение радиоактивных элементов из организма.
Предварительная блокада, например, щитовидной железы стабильным йодом, добавляемым в пищу в виде йодистого калия (КГ), позволяет в 10—100 раз снизить воздействие радиоизотопа йода — I131. Повышенное поступление с пищей кальция и магния (на 40% по сравнению с нормой) приводит к такому же уменьшению стронция-90 в скелете.
Выведению радиоактивных элементов из желудочно-кишечного тракта способствуют пектиновые вещества и продукты, содержащие грубую растительную клетчатку.
Данные о влиянии радиоактивных' элементов на человеческий организм и сложность выведения некоторых из них обусловливают особые требования к организации питания личного состава в условиях радиоактивного заражения местности.
