МИКРОЭЛЕМЕНТЫ Медь в сыворотке
Медь — один из важнейших незаменимых микроэлементов (МЭ), необходимых для жизнедеятельности человека. В организме взрослого человека содержится 1,57—3,14 ммоль меди, причем половина этого количества приходится на мышцы и кости, а 10 % — на ткани печени. Ключевую роль в обмене меди играет печень. Нормальные величины содержания меди в сыворотке представлены в табл. 4.63.
Таблица 4.63. Содержание меди в сыворотке в норме [Тиц У., 1986]
| Содержание меди | ||
| Обследуемые | ||
| мг/дл | мкмоль/л | |
| Дети: | ||
| до 6 мес | 20-70 | 3,14-10,99 |
| » 6 лет | 90-190 | 14,3-29,83 |
| • 12» | 80-160 | 12,56-25,12 |
| Взрослые: | ||
| мужчины | 70-140 | 10,99-21,98 |
| женщины | 80-155 | 12,56-24,34 |
| Беременные | 118-302 | 18,53-47,41 |
Большая часть поступающей в организм меди выделяется с калом, выделение с мочой весьма незначительно. Медь участвует в биохимических процессах как составная часть элек-тронпереносящих белков, осуществляющих реакции окисления субстратов молекулярным кислородом (табл. 4.64). Ряд белков — ферментов содержат до 4 ионов меди и более.
Таблица 4.64. Важнейшие медьсодержащие ферментычеловека [Авцын А.П., 1990]
| Ферменты | Молекулярная масса | Функция |
| Церулоплазмин | 132 000 | Окисление железа, биогеннных аминов, |
| транспорт меди | ||
| Супероксиддисмутаза | 32 000 | Дисмутация супероксида |
| Дофамин-бета-гидроксилаза | 290 000 | Гидроксилирование дофамина |
| Тирозиназа | 46 000 | Гидроксилирование тирозина |
| Аминоксидаза, спермин- | 180 000-195 000 | Окисление первичных аминов |
| оксидаза, гистаминаза | ||
| Цитохромоксидаза | 140 000 | Терминальное окисление и синтез АТФ |
| Уратоксидаза | 112 000-125 000 | Окисление мочевой кислоты в аллантоин |
Важнейшим из них является церулоплазмин — мультифункциональный белок, обладающий активностью ферроксидазы, аминоксидазы и частично супероксиддисмутазы, участвующий в гомеостазе меди и играющий роль реактанта острой фазы в воспалительных процессах, защищающий липидные мембраны от перекисного окисления. Медь в сыворотке присутствует исключительно в форме, связанной с церулоплазмином (95 %) и альбумином (5 %).
Медь обладает выраженным противовоспалительным свойством, смягчает проявление аутоиммунных заболеваний, таких, например, как ревматоидный артрит. Дефицит меди отражается ина липидном составе плазмы крови: повышается содержание холестерина, триг-лицеридов и фосфолипидов за счет угнетения липопротеинлипазы, которая действует на ЛПОНП, превращая их в структуры, близкие ЛПНП; при недостаточности фермента этот процесс нарушается, что приводит к гиперхолестеринемии. Кроме этого, медь входит в со-
став аполипопротеида ЛПНП (апо-В) и необходима для его перевода в растворимую форму, дефицит меди вызывает структурные изменения апо-В и тем самым затрудняет его связывание рецепторным белком. Недостаточность меди проявляется различными нарушениями метаболизма, которые представлены в табл. 4.65 и 4.66.
Таблица 4.65. Нарушения метаболизма при недостаточности меди
| Патология | Метаболический дефект | Недостаточность фермента |
| Ахромотрихия | Нарушение синтеза меланина | Тирозиназа |
| Нарушения формирования сердечно-сосудистой системы, скелета, коллагена и эластина | Нарушение образования сшивок коллагеновых и эластических волокон | Аминоксидаза соединительной ткани (лизилоксидаза) |
| Поражение ЦНС | Гипоплазия миелина | Цитохром- С - оксидаза |
| Поражение ЦНС | Нарушение синтеза катехоламинов | Дофамин -бета- гидроксилаза |
Таблица 4.66. Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка меди
[Авцын А.П., 1990]
| Дефицит меди в организме | Избыток меди в организме |
| Наследственные формы гипо- и дискупреоза: болезнь Менкеса (болезнь «курчавых волос» с тяжелым поражением ЦНС); синдром Марфана (аномалии скелета, эластических и коллагеновых волокон, разрыв аневризмы аорты, арахнодактилия и др.). Болезнь Вильсона—Коновалова: размягчение в головном мозге, крупноузловой цирроз печени, гиперкупрурия; синдром Элерса—Данло (наследственная мезенхимальная дисплазия, связанная с дефицитом лизилоксидазы). Первичная (идиопатическая) эмфизема легких. Медьдефицитные коллагено- и эластопатии (аортопатии, артериопатии, аневризмы). Медьдефицитные заболевания костного скелета и суставов. Медьдефицитные анемии алиментарного происхождения. Медьдефицитные состояния при полном парентеральном питании (анемия). | Неспецифическая гиперкупремия при острых и хронических воспалительных заболеваниях, ревматизме, бронхиальной астме, заболеваниях почек, печени, инфаркте миокарда и некоторых злокачественных новообразованиях, заболеваниях крови: лейкозы, лимфогранулематоз, ге-мохроматоз, большая и малая талассемия, мегалобластная и апластическая анемия. Профессиональный гиперкупреоз (медная лихорадка, пневмокониоз). Отравление медьсодержащими препаратами Гемодиализный гиперкупреоз. Применение пероральных контрацептивов, эстрогенов. |
Цинк в сыворотке
Содержание цинка в сыворотке в норме составляет 70—150 мкг/дл, или 10,7—22,9 мкмоль/л.
Запасы цинка в организме невелики, у взрослого человека содержится всего 22,9— 30,6 ммоль, т.е. 1,5—2 г. Скелетные мышцы наиболее богаты цинком и содержат 62,6 % всего количества этого МЭ. Выходу цинка из депо способствуют глюкокортикоиды. На клеточном уровне цинк стимулирует образование полисом, тормозит катализируемое железом свободнорадикальное окисление. Для перехода из одной фазы клеточного цикла (деление клеток) в другую необходимо наличие цинка, его недостаток блокирует этот процесс, поэтому содержание цинка в сперматозоидах очень высокое (1900 мкг/r). Цинк играет важную роль в нуклеиновом обмене, процессах транскрипции, стабилизации нуклеиновых кислот, белков и особенно компонентов биологических мембран, а также в обмене витамина А. В основном (около 90 %) цинк выводится из организма с калом и 2—10 % — с мочой.
Цинк содержится более чем в 200 металлоферментах, участвующих в самых различных метаболических процессах, включая синтез и распад углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот (табл. 4.67).
Таблица 4.67. Важнейшие цинксодержащие ферменты человека
| ■ Фермент | Молекулярная масса | Функция |
| Алкогольдегидрогеназа | 80 000 | Окисляет этанол, другие спирты, |
| стероиды, витамин А | ||
| РНК-полимераза | 700 000 | Синтез РНК |
| ДНК- полимераза | 109 000 | Синтез ДНК |
| Щелочная фосфатаза | 80 000 | Формирование эпифизарного хряща |
| Карбонат-дегидрогеназа (карбоангидраза) | 29 000 | Удаление СОг из организма |
Диагноз «цинк-дефицитное состояние» ставят в том случае, если содержание цинка в крови менее 13 мкмоль/л, еще более низкая концентрация этого МЭ в сыворотке (8,2± 0,9 мкмоль/л) является неблагоприятным прогностическим признаком [Авцын А.П., 1990].
Цинк участвует в следующих биологических процессах[Cunningham-Runolles S., 1996]:
♦ рост и деление клеток: наиболее часто прослеживается связь между задержкой роста и
деления клеток с угнетением активности ферментов нуклеинового и белкового обме
на. Цинк обеспечивает обратимость процессов денатурации ДНК;
♦ кератогенез: при дефиците цинка наблюдается облысение, сопровождающееся об
ширными поражениями кожи. У больных хроническим язвенным дерматитом отме
чается взаимосвязь между содержанием цинка и тяжестью течения дерматита. Пре
параты цинка дают хороший клинический эффект при энтеропатическом акродерма-
тите;
♦ остеогенез: при дефиците цинка отмечается угнетение активности щелочной фосфата-
зы в хондроцитах эпифизарного хряща, снижается зольность костей, т.е. цинк участ
вует в процессах кальцификации;
♦ заживление ран: цинк оказывает стабилизирующее действие на цитоплазматические
мембраны, препятствуя высвобождению гидролитических ферментов, таких как ка-
тепсин D и коллагеназа, контролирующих скорость распада поврежденных тка
ней. Прием 50 мг сульфата цинка повышает скорость заживления послеоперационных
ран;
♦ воспроизводительная функция: при дефиците цинка наступает угнетение сперматоге
неза и развития первичных и вторичных половых признаков;
♦ иммунный ответ: дефицит цинка сопровождается снижением уровня гормона вилоч-
ковой железы — тималина, угнетением образования антител, снижением числа лим
фоцитов. Для функции Т- и В-лимфоцитов важное значение имеет цинксодержащий
фермент 5-нуклеотидаза, участвующий в метаболизме пуринов. Недостаточность
этого фермента отмечена при врожденном дефекте Т-лимфоцитов;
♦ вкус, обоняние: на фоне дефицита цинка вначале ухудшается и теряется аппетит, а
затем снижаются и извращаются вкус и обоняние. Механизм действия цинка на вку
совой анализатор объясняется наличием его в специальном белке — густине, выра
батываемом в околоушных слюнных железах. Этот белок специфически связывается
с мембранами вкусовых сосочков и регулирует поступление в них питательных ве
ществ;
♦ взаимосвязь цинка с инсулином: цинк необходим для образования кристаллических
форм инсулина, в виде которых происходит депонирование инсулина бета-клетками
поджелудочной железы.
Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка цинка представлены в табл. 4.68.
Таблица 4.68. Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка цинка
[Авцын А.П., 1990]
| Дефицит цинка в организме | Избыток цинка в организме |
| Эндогенный дефицит цинка: врожденные пороки развития плода и новорожденных (гидроцефалия, микро- и анофтальмия, расщепления неба, искривление позвоночника, пороки сердца и др.). | Первичная остеосаркома. Ишемическая болезнь сердца. |
Продолжение табл. 4.68
| Дефицит цинка в организме | Избыток цинка в организме |
| Наследственный энтеропатический акродерматит. Экзогенный дефицит цинка алиментарного происхождения и при нарушениях всасывания — болезнь Прасада (тяжелая железодефицитная анемия, карликовость, половое недоразвитие). Идиопатическая гипогенезия и дизосмия. Дерматит, гипогенезия и гипосмия при хронических заболеваниях желудочно-кишечного тракта, после гастрэктомии и др., а также при алкогольном циррозе и других заболеваниях печени. Замедленное заживление ран. Цинкдефицитное атоническое кровотечение у матери, преждевременные роды и врожденные уродства плода. Ятрогенный дефицит цинка при парентеральном питании и длительном лечении цитостатиками, L-пеницилламином и D-гистидином. Заболевания крови: лейкозы, лимфомы, пернициозная анемия | Артериосклероз. Отравление цинксодер-жащими соединениями. |
Кобальт в сыворотке
Содержание кобальта в сыворотке в норме составляет 0,20—0,28 мкг/дл, или 33,9— 47,5 нмоль/л.
У здорового человека кобальт содержится в основном в печени, почках и мышечной ткани. Основной биологической функцией кобальта в организме является его присутствие в молекуле витамина В,2, поэтому недостаточность кобальта рассматривается как недостаточность витамина В12. Кобальт выводится из организма главным образом с мочой.
Определение кобальта играет важную роль при дифференциации В12-дефицитной анемии от фолиеводефицитной, при которой концентрация кобальта в крови находится в пределах нормы. Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка кобальта представлены в табл. 4.69.
Таблица 4.69. Важнейшие заболевания, синдромы, признаки дефицита и избытка кобальта
[АвцынА.П., 1990]
| Дефицит кобальта в организме | Избыток кобальта в организме |
| 1. Недостаточность витамина Вп-2. Наследственная пернициозная анемия, атрофия слизистой оболочки желудоч-нокишечного тракта, фуникулярный миелоз. 3. Пернициозная анемия при инвазии широким лентецом. | 1. Профессиональные отравления с поражением органов дыхания, кроветворения, сердечно-сосудистой и нервной систем, сопровождающиеся аллергическим дерматитом, хроническим бронхитом, пневмонией и пневмосклерозом. 2. Кобальтовая миокардиопатия. Алиментарно-токсическая кобальтовая миокардиодистрофия с декомпенсацией, полицитемией и гиперплазией щитовидной железы. |
Марганец в крови
Содержание марганца в норме: сыворотка — 0,05—0,07 мкг/дл, или 9,1—12,7 нмоль/л; цельная кровь — 0,4—1,4 мкг/дл, или 73—255 нмоль/л.
В норме у здорового человека содержание марганца в костях, особенно трубчатых, а также в печени и почках выше, чем в других органах. В основном этот МЭ экскретируется с калом и незначительно с мочой. Марганец содержится во многих металлоферментах, участвующих в самых различных метаболических процессах (табл. 4.70), либо служит в качестве активатора ферментов [Скочий П.Г., Лабинский А.И., 1990].
У человека описан наследственный дефект синтеза пируваткарбоксилазы, проявляющийся клинически в виде лактат- и пируватацидоза, неврологических расстройств и прогрессирующей умственной отсталости, известный под названием «подострый энцефаломиелит», или болезнь Ли.
| т | аб л иц а | 4.70. Важнейшие марганецсодержащие ферменты | ||
| Фермент | Молекулярная масса, | дальтон | Функция | |
| Аргиназа | 120 000 | Расщепление аргинина с образованием мочевины | ||
| Пируваткарбоксилаза | 500 000 | Синтез углеводов из пировиноградной кислоты | ||
| Супероксидцисмутаза | (Мп-СОД) | 80 000 | Дисмутация супероксида |
Мп-СОД содержится преимущественно в митохондриях в отличие от Си,2п-СОД, которая содержится в цитозоле клеток. При недостаточности Мп-СОД супероксид вступает в реакцию с пероксидом с образованием гидроксильного радикала, который способен вызвать перекисное окисление липидов и повреждение мембран митохондрий. При гипербарической оксигенации, длительном употреблении алкоголя, гипоксиях и других условиях, способствующих образованию супероксидного радикала, активность Мп-СОД существенно возрастает.
Марганец выполняет функцию активатора целого ряда ферментов, относимых в первую очередь к киназам, карбоксилазам и трансферазам. Гликозилтрансферазы играют важную роль в синтезе гликозаминогликанов и гликопротеидов. При дефиците марганца отмечается снижение активности этих ферментов, обусловливающее аномалии развития скелета.
Марганец участвует в следующих биологических процессах:
• оказывает заметное влияние на процессы глюконеогенеза и регуляцию уровня глюкозы
в крови. Марганец также необходим для нормальной секреции инсулина, причем сте
пень угнетения секреторного механизма у больных с недостаточностью марганца уси
ливается по мере стимуляции выделения инсулина лекарственными препаратами. Сни
жение синтеза инсулина при недостаточности марганца объясняется гибелью бета-кле
ток панкреатических островков. Активность Мп-СОД в альфа- и бета-клетках подже
лудочной железы ниже, чем в других тканях, поэтому снижение активности фермента
при дефиците марганца существенно повышает чувствительность железы к повреждаю
щим действиям супероксидных радикалов;
• усиливает действие гормонов гипофиза, половых гормонов, инсулина, стимулирует
рост организма, способствует кроветворению, повышает катаболизм белков, предуп
реждает отложение холестерина в стенках сосудов. Обнаружена взаимосвязь между об
меном марганца и ретинолом, тиамином, аскорбиновой кислотой, кальциферолом, то
коферолом;
• дефицит марганца отражается в первую очередь на формировании скелета как во внут
риутробный, так и постнатальный периоды жизни;
• дефицит марганца приводит к развитию атаксии новорожденных. При дефиците мар
ганца во внутриутробном периоде рождается потомство с признаками атаксии, харак
теризующейся потерей равновесия, нарушением координационных рефлексов, запро
кидыванием головы;
• недостаточность марганца отражается и на функциях мозга. У 30 % детей со склоннос
тью к судорогам обнаруживается пониженное содержание марганца в крови, состав
ляющее около 1/3 нормы. У лиц с частыми приступами эпилепсии содержание марган
ца в крови существенно ниже, чем у больных с редкими приступами. Биологическая
роль марганца в ЦНС связана с обеспечением нормальной структуры и стабильности
мембран.
Дефицит марганца в организмесопровождает сахарный диабет, нечувствительный к инсулину (эффективно введение хлорида марганца), вызывает гипохолестеринемию.
Избыток марганца в организмеприводит к развитию манганозов — техногенных микроэ-лементозов, обусловленных избыточным поступлением марганца в условиях производства. Крайнее выражение профессионального манганоза — синдром паркинсонизма: расстройства двигательной активности (маскообразность лица, дизартрия, нарушение письма, специфичная «петушиная» походка); психические нарушения (эйфория, благодушие, снижение критики); астеновегетативный синдром с угнетением функции гонад.
Хром в крови
Содержание хрома в норме: сыворотка — 14 нг/дл, или 2,7 нмоль/л; цельная кровь — 70 нг/дл, или 13,4 нмоль/л.
Вкровяном русле хром специфически связывается с трансферрином, который служит его переносчиком.
Содержание хрома в органах и тканях в 10—100 раз выше, чем в крови. Установлено, что поступающий в организм человека хром накапливается в легочной ткани, в органах системы мононуклеарных фагоцитов, т.е. в печени, почках, селезенке, костях и костном мозге. Всосавшийся хром выводится из организма в основном с мочой.
Хром участвует в следующих биологических процессах:
• усиливает действие инсулина во всех метаболических процессах, регулируемых этим
гормоном. В присутствии инсулина повышает скорость проникновения глюкозы в
клетки, ее окисление. При недостаточности хрома снижается толерантность к глюкозе
и повышается уровень липидов в крови, поддающиеся коррекции препаратами хрома.
У больных сахарным диабетом содержание хрома, как правило, снижено. Трехвалент
ный хром является необходимым кофактором для запуска действия инсулина в пери
ферических тканях. Фактор толерантности к глюкозе представляет собой биологически
активную форму хрома. Уменьшение поступления хрома в организм может служить
фактором, усугубляющим нарушение толерантности к глюкозе у истощенных детей,
при диабете у взрослых и у некоторых пожилых людей;
• хром играет важную роль в липидном обмене. Дефицит этого МЭ может привести к
развитию атеросклероза. У лиц с расстройствами коронарного кровообращения кон
центрация хрома в плазме крови значительно ниже, чем в норме. Прием препаратов
хрома способствует снижению концентрации триглицеридов в крови и увеличению со
держания холестерина в составе ЛПВП;
• прочно связан с нуклеиновыми кислотами и защищает их от денатурации;
• способен при определенных условиях замещать йод в тиреоидных гормонах, что отме
чается у людей, проживающих в йоддефицитных районах. Назначение препаратов
хрома повышает функцию щитовидной железы;
• при избыточной концентрации токсическое действие оказывает как трехвалентный,
так и шестивалентный хром. Однако канцерогенными свойствами обладает шестива
лентный хром.
При дефиците хрома в организмеотмечаются снижение толерантности к глюкозе, гипер-инсулинемия, глюкозурия, гипергликемия натощак, задержка роста, гипертриглицеридемия и гиперхолестеринемия, увеличение атеросклеротических бляшек в аорте, периферические невропатии, нарушения высшей нервной деятельности, снижение оплодотворяющей способности и числа спермиев.
При избытке хрома в организмемогут развиваться профессиональные хромовые дерматиты, изъязвление слизистой оболочки носа с перфорацией носовой перегородки, хромовый гепатоз. Шестивалентный хром оказывает наиболее выраженное общетоксическое, нефро-токсическое, гепатотоксическое, мутагенное и канцерогенное действие.
Молибден в сыворотке
Содержание молибдена в сыворотке в норме — 0,37—0,79 нг/мл, или 3,85—8,23 нмоль/л.
Молибден является составной частью некоторых металлоферментов: ксантиноксидазы, сульфитоксидазы, а также альдегидоксидазы.
Ксантиноксидаза — фермент, катализирующий окисление ксантина, гипоксантина и альдегидов с поглощением кислорода и образованием соответственно мочевой кислоты, ксантина или карбоновых кислот и супероксидных радикалов. При генетическом дефекте ксантиноксидазы и нарушении реабсорбции ксантина в почечных канальцах возникает ксантинурия, которая характеризуется выделением с мочой очень большого количества ксантина и тенденцией к образованию ксантиновых камней, при этом количество мочевой кислоты в сыворотке крови и в суточном количестве мочи резко снижено (менее 1,19—2,98 и 2,38—5,95 ммоль/л соответственно). Дискутируется вопрос о возможной связи избытка молибдена в пище с возникновением подагры [McCarty D.J., Koopman W.J., 1993]. Повышенный синтез ксантиноксидазы и интенсификация пуринового обмена ведут к накоплению из-
быточных количеств мочевой кислоты, с выделением которых не справляются почки. В результате этого мочевая кислота и ее соли откладываются в сухожилиях и суставах.
Сульфитоксидаза превращает сульфит в сульфат и присутствует преимущественно в печени. Генетический дефект сульфитоксидазы у человека характеризуется выраженными аномалиями мозга, умственной отсталостью, эктопией хрусталика и повышенным выделением с мочой сульфитов, S-сульфоцистеина и тиосульфата при заметном снижении количества сульфатов.
Хроническая профессиональная интоксикация молибденом вызывает функциональные изменения печени, повышение содержания мочевой кислоты и самого молибдена в сыворотке крови. Затем появляются полиартралгии, артрозы, гипотензия, снижение гемоглобина, числа эритроцитов и лейкоцитов в периферической крови. Аэрозоли молибдена могут вызвать поражение бронхов и приводить к пневмокониозу.
Ванадий в крови
Содержание ванадия в норме: плазма — 0,054—0,136 мкмоль/л; цельная кровь — 0,470— 1,160 мкмоль/л.
Концентрация ванадия в органах и тканях человека невысока. Наибольшее его количество содержится в костной ткани, печени, почках, селезенке. Ванадий участвует в следующих биологических процессах:
• играет роль этиологического фактора при маниакально-депрессивном психозе, при ко
тором имеет место нарушение обмена натрия в эритроцитах, вызванное угнетением
Na+, К+-АТФазы повышенной внутриклеточной концентрацией ванадия;
• оказывает влияние на обмен глюкозы в организме путем стимуляции ее окисления;
• катализирует окисление серотонина и близких к нему аминов тирамина, адреналина и др.;
• усиливает связывание кислорода гемоглобином и миоглобином;
• принимает участие в процессах клеточного роста, дифференцировки и восстановления
тканей.
Ванадийдефицитные состояния у человека не зарегистрированы.
В производственных условиях V2O5 оказывает выраженное токсическое действие на дыхательную, сердечно-сосудистую системы, печень, почки.
Ятрогенные формы ванадоза связаны с применением лекарственных препаратов, содержащих в своем составе ванадий.
Селен в крови
Содержание селена в цельной крови в норме — 1,14—1,9 мкмоль/л.
Селен входит в состав ряда ферментов, селеносодержащих белков. Важнейшим селено-содержащим ферментом в организме человека является глютатионпероксидаза. Этот фермент предохраняет клетки от токсического действия перекисных радикалов и разрушает как перекись водорода, так и перекиси липидов. Из организма селен элиминируется в основном через почки, а также с калом и выдыхаемым воздухом.