Биологическия роль отдельных минеральных элементов

Натрий, калий и хлор находятся в организме в ионизированной форме (Na, К⁺, Сl^-). Ионы натрия содержатся вне клеток (в плазме крови, лимфе, межклеточной жидкости), а ионы калия сосредоточены внутри клеток. Эти ионы играют важную роль в создании осмотического давления, являющегося важнейшим физико-химическим фактором, от которого зависят многие функции клеток. Например, красные клетки крови могут полноценно переносить кислород только при строго опре­деленном значении осмотического давления плазмы крови. Осмотиче­ское давление внеклеточных жидкостей, в том числе плазмы крови, создается в основном за счет хлористого натрия, а внутри клеток - за счет солей калия.

Ионы натрия, калия и хлора еще участвуют в формировании нерв­ного импульса и являются активаторами ряда ферментов. Хлор исполь­зуется для образования соляной кислоты желудочного сока.

Ионы натрия и особенно калия необходимы для функционирования сердечной мышцы - миокарда, причем потребность в них возрастает по мере увеличения интенсивности сердечной деятельности.

Содержание в организме натрия и калия регулируется гормоном ко­ры надпочечников - альдостероном.Этот гормон в процессе образо­вания мочи в почках задерживает ионы натрия и способствует удале­нию из организма ионов калия.

У спортсменов, выполняющих интенсивные физические нагрузки, потребность миокарда в калии увеличивается. Однако за счет усилен­ного потоотделения происходит потеря больших количеств хлористого натрия, а также калия. В ответ на обессоливание организма увеличива­ется выброс в кровь альдостерона, который препятствует выделению ионов натрия с мочой и, наоборот, повышает экскрецию с мочой ионов калия. В результате такого влияния гормона существенно снижаются запасы калия, в том числе в сердечной мышце.

Для нормализации калиевого обмена в спортивной практике ис­пользуют продукты питания, богатые калием (например, изюм, курага и др.), а также аптечные препараты калия (например, оротат калия, аспаркам).

Кальций, магний и фосфор в основном находятся в составе кост­ной ткани в форме нерастворимых солей. Эти соли составляют одну четверть объема костной ткани и половину ее массы. Формирование костной ткани (минерализация) связано прежде всего с накоплением в ней фосфорнокислых солей кальция, имеющих кристаллическую фор­му. Важная роль в этом процессе принадлежит витамину D.

Незначительная часть кальция и магния находится в плазме крови и внутри клеток в форме ионов - Са²⁺, Мg ²⁺. Ионы кальция, находящиеся в плазме крови, являются обязательными участниками свертывания крови, а содержащиеся внутри мышечных клеток управляют процесса­ми сокращения и расслабления мышцы. Ионы кальция и магния явля­ются также активаторами некоторых ферментов. В частности, эти ионы активируют креатинкиназу- важнейший фермент, участвующий в обеспечении энергией мышечной деятельности.

Биологическая роль фосфора весьма многогранна. Как уже отмеча­лось, фосфор участвует в образовании нерастворимых фосфорнокис­лых солей кальция и магния, являющихся минеральной основой кост­ной ткани. Часть фосфора входит в состав органических соединений, таких как нуклеиновые кислоты, фосфолипиды, фосфопротеиды. Еще часть фосфора находится в организме в форме фосфорной кислоты, ко­торая вследствие электролитической диссоциации превращается в ио­ны - Н₂РО₄~, НРО₄²~. Фосфорная кислота играет исключительно важ­ную роль в энергетическом обмене, что обусловлено уникальной спо­собностью фосфора образовывать богатые энергией химические связи (высокоэнергетические, или макроэргические, связи). Главным макро-эргическим соединением организма является аденозинтрифосфат(АТФ).

Регуляция содержания кальция и фосфора в плазме крови осущест­вляется гормоном щитовидной железы кальцитониноми гормоном паращитовидных желез паратгормоном.

Кальцитонин совместно с витамином D способствует включению кальция и фосфора в состав костной ткани, вследствие чего концентра­ция в крови катионов кальция и фосфатных анионов снижается, и выде­ление их с мочой уменьшается.

Паратгормон совместно с витамином D ускоряет всасывание каль­ция и фосфора из кишечника. Под действием паратгормона также про­исходит разрушение минеральной основы костей, в результате чего кальций и фосфор выходят из костной ткани в кровь. Повышение кон­центрации кальция и фосфора в крови, в свою очередь, приводит к уве­личению их экскреции с мочой. В конечном счете, такие регуляторные воздействия обеспечивают постоянство концентрации кальция и фосфора в плазме крови.

Железоявляется главным микроэлементом. В организме взрослого человека содержится 4-5 г железа, а суточная потребность в этом эле­менте составляет 10-15 мг.

Железо используется для синтеза сложного циклического соедине­ния, содержащего железо, - гема,входящего в белки гемопротеиды. К этим белкам отно­сятся переносчики кислорода гемоглобин(содержится в красных клет­ках крови) и миоглобин(входит в состав мышц), а также ферменты цитохромы(участвуют в тканевом дыхании) и каталаза(разрушает перекись водорода, возникающую в процессе катаболизма). Таким об­разом, железо в первую очередь необходимо для обеспечения аэробных процессов, которые являются основными источниками энергии при выполнении продолжительных физических нагрузок.

Транспортируется железо кровью в составе белка плазмы транс-феррина, запасной формой железа является белок ферритин.

Водородный показатель (рН) - относительный показатель кислотно­сти. рН равен отрицательному десятичному логарифму концентрации ио­нов водорода в данной среде: рН = - 1д [Н⁺].

В нейтральной среде (например, в дистиллированной воде) концен­трация ионов водорода 1-10"⁷г-ион-л~¹; рН равен 7.

В кислой среде концентрация ионов водорода выше, чем в нейтраль­ной. Поэтому рН в кислых растворах имеет значения ниже 7.

В щелочной среде концентрация ионов водорода ниже, чем в ней­тральной, и рН в щелочных растворах имеет значения выше 7.

Следует учесть, что сдвиг рН на одну единицу соответствует измене­нию концентрации [Н⁺] в 10 раз.

ВИТАМИНЫ

Витамины - низкомолекулярные органические вещества самого разнообразного строения, которые не синтезируются в организме, но являются жизненно необходимыми и поэтому должны обязательно по­ступать в организм с пищей, хотя и в очень небольших количествах. Некоторые витамины в ограниченном количестве вырабатываются микрофлорой кишечника.

Биологическая роль большинства известных витаминов заключается в том, что они входят в состав коферментов и простетических групп фер­ментов и, следовательно, используются организмом как строительный ма­териал при синтезе соответствующих небелковых частей ферментов.

По физико-химическим свойствам витамины делятся на две группы: водорастворимые (В₁, В₂, В₅, В₆, В₉, В₁₂, В_с, С, Р, РР) и жирораство­римые (А, D, Е, К).

Кроме витаминов пища может также содержать провитамины. Провитамины являются предшественниками витаминов. Попадая в ор­ганизм, провитамины превращаются в витамины.

Антивитамины - вещества, затрудняющие использование витами­нов организмом. Действие антивитаминов осуществляется путем свя­зывания и разрушения соответствующих витаминов, а также за счет включения антивитамина вместо витамина в синтезируемый кофермент, что делает невозможным участие такого кофермента в биоката­лизе.

Изменение содержания витаминов в организме приводит к возник­новению различных патологических (болезненных) состояний.

Авитаминозы - тяжелейшие заболевания, вызванные полным от­сутствием в организме какого-либо витамина. У людей авитаминозы практически не встречаются, так как в пищевом рационе всегда при­сутствует минимальное количество витаминов. Авитаминозы могут быть вызваны у экспериментальных животных с целью изучения био­логической роли витаминов в организме. Для этого применяются дие­ты, не содержащие определенного витамина, или используются анти­витамины.

Гиповитаминозы - специфические заболевания, протекающие в более легкой форме по сравнению с авитаминозами, вызываемые не­достаточным содержанием отдельных витаминов в организме.

Гипервитаминозы - специфические заболевания, причиной кото­рых является избыточное поступление в организм определенных вита­минов. Чаще гипервитаминозы вызываются накоплением в организме жирорастворимых витаминов, выделение которых с мочой затруднено из-за их нерастворимости в воде.

Из перечисленных патологических состояний у людей чаще всего наблюдаются гиповитаминозы. Наиболее распространенные причины возникновения гиповитаминозов следующие:

1. Экзогенные причины (связанные с питанием):

а) использование для приготовления пищи продуктов, содержащих мало витаминов;

б) неправильное приготовление пищи, приводящее к разрушению витаминов (например, длительная варка, многократное разогревание и т. д.):

в) однообразное питание. В этом случае в организме может возникнуть дефицит витамина, который содержится в низкой концентрации в постоянно используемом продукте питания.

2. Эндогенные причины (связанные с состоянием организма):

а) заболевания желудочно-кишечного тракта и печени, сопровож­дающиеся нарушением всасывания витаминов;

б) угнетение микрофлоры кишечника. Это наблюдается при исполь­зовании для лечения инфекционных заболеваний различных антимик­робных препаратов (антибиотики, сульфаниламиды и т. п.). Как уже отмечалось, некоторые витамины могут синтезироваться микробами, находящимися в толстой кишке. Подавление кишечной микрофлоры приводит к тому, что обычного поступления витаминов с пищей становится недостаточно для полноценного обеспечения организма витами­нами, что в итоге приводит к возникновению гиповитаминоза. Поэтому при длительном использовании антимикробных средств увеличивают поступление витаминов с пищей (обычно путем применения комплекс­ных витаминных препаратов), а также используют пищевые продукты, содержащие кишечные бактериальные культуры (например, бифидок, бифидокефир и т. п.);

в) повышенная потребность организма в витаминах, которая часто наблюдается при беременности, при выполнении тяжелой физической работы. В этом случае обычного поступления витаминов с пищей, их синтеза кишечными микробами окажется недостаточно для организма. Поэтому у регулярно тренирующихся спортсменов потребность в ви­таминах возрастает в 1,5-2 раза.

Стручок красного сладкого перца (100 г) содержит:

витамин А - 1 мг витамин Вз - 0,7 мг

витамин Е - 0,7 мг витамин В₆ - 0,5 мг

витамин С - 250 мг витамин РР - 1 мг