Введение

Одну из ключевых ролей для поддержания нормального функционирования человеческого организма играют микроэлементы, которые отличаются не только своими полезными свойствами, но и видовым многообразием. Так, по некоторым данным, в организме человека насчитывается до 69 видов различных микроэлементов, удельный вес которых может варьироваться от нескольких сотен миллиграммов до нескольких граммов [1]. Несмотря на всю значимость этих химических элементов, человек зачастую пренебрегает контролем их количества в организме, что нередко приводит к развитию таких заболеваний, как сахарный диабет 2-го типа, онкология, нарушения в работе костно-мышечной и нервной системы и т.д. Так, по статистике научного медицинского журнала The Lancet Global Health, более половины мирового населения на 2024 год испытывают дефицит базовых микроэлементов, среди которых кальций (66% населения), железо (65% населения), витамины C и E (67% населения). При этом наименьший дефицит принадлежит ниацину и встречается всего у 22% населения (примерно 1,7 миллиарда человек) [2]. Самыми дефицитными микроэлементами для россиян, согласно исследованиям Сеченовского университета в 2024 году, стали кобальт (до 60% населения), селен (25-40% населения), цинк (20-40% населения) и йод (40-50% населения) [5]. Важно также учитывать, что вредоносный характер носит и переизбыток микроэлементов в организме, который оборачивается расстройствами желудочно-кишечного тракта, снижением иммунитета, заболеваниями почек и т.д. Именно поэтому крайне важно отслеживать содержание микроэлементов в организме и сохранять баланс, чем и обусловлена актуальность данного исследования.

Цель исследования заключается в изучении физиологической роли таких микроэлементов, как хром, молибден, ванадий и кремний, рассмотрение их участия в качестве кофакторов ключевых ферментов в нормальной жизнедеятельности человека, а также выявлении значения их дефицита и токсических эффектов избытка.

Материалы исследования: научная литература, статистические данные, Интернет-источники.

Методы исследования: в процессе работы были использованы такие методы, как классификация, сопоставление, сравнение, обобщение, а также синтез и анализ.

Как уже отмечалось ранее, микроэлементы являются важнейшими химическими элементами в организме человека, которые оказывают благоприятное воздействие на его здоровье и общее самочувствие, а также обеспечивают нормальное функционирование организма и поддержание полноценной жизнедеятельности человека [1]. Из всего многообразия микроэлементов исследователями выделяется группа наиболее значимых. В неё входят: железо, йод, медь, селен, кремний, ванадий, молибден, бор, бром и ряд других. Именно они участвуют в метаболических процессах, росте и развитии организма, способствуют установлению антиоксидантной защиты. Однако крайне важно не допускать избыточной концентрации данных микроэлементов в организме, так как большое их количество способно спровоцировать серьёзные нарушения здоровья. Итак, рассмотрим некоторые из указанных микроэлементов более подробно и проанализируем их физиологическую роль.

С точки зрения физиологии хром становится одним из главных регуляторов углеводного и липидного обмена. Он активизирует работу гормона инсулина, который способствует клеточному усвоению глюкозы. Стоит отметить, что хром также принимает участие в метаболических процессах жиров и белков [8, с. 87]. Тем не менее, содержание микроэлемента в организме нестабильно. Дефицит, как правило, связан с неправильным питанием и ведением нездорового образа жизни: употребление большого количества сахара и углеводов, постоянные стрессы, усталость, высокий темп жизни снижают его содержание в организме. Недостаточное количество микроэлемента может вызвать упадок работоспособности поджелудочной железы, наиболее опасной формой которого является развитие сахарного диабета. Кроме того, хромодефицит неразрывно связан с повышенным уровнем холестерина, инсулинорезистентностью, набором лишнего веса, хронической усталостью, депрессивными настроениями и эмоциональной нестабильностью. Всё это подчёркивает необходимость контроля содержания хрома в организме.

Отметим, что в данном случае важен именно баланс микроэлемента, так как переизбыток хрома вреден не менее, чем его дефицит. Это связано с токсичностью соединений хрома для организма человека, если они превышают рекомендованную норму. Так, суточная доза хрома для мужчин – 35 мкг, для женщин – 25 мкг, для детей – от 5 до 21 мкг, что зависит от возраста ребёнка [6, с. 16]. Необходимое количество хрома может отклоняться от нормы в связи со сферой деятельности человека (например, спортсменам требуется большая дозировка) и особенностями его здоровья (беременным женщинам и пациентам с сахарным диабетом также в сутки необходимо большее количество микроэлемента).

Ещё один жизненно важный микроэлемент – молибден. Его физиологическая роль заключается в том, что он представляет собой кофактор ряда важных ферментов, которые принимают непосредственное участие в метаболических процессах. В частности, метаболизме серы, пуринов и азота. Также молибден способствует защите нервных клеток от различных повреждений и играет связующую функцию в передаче нервных импульсов, что в совокупности обуславливает эффективную работу всей нервной системы [9, с. 67]. Кроме того, микроэлемент участвует в функционировании иммунной системы и защищает организм от появления и развития различных инфекционных и иммунных заболеваний. Примечательно, что недостаток молибдена – довольно редкое явление, причиной которого зачастую становятся генетические патологии. Однако, если такое происходит, в организме человека наблюдаются нарушения следующего характера: поражения нервной системы и неврологические нарушения, задержка развития, нарушение обмена серосодержащих аминокислот, а также высокий риск онкологии в области пищевода.

Редким представляется и переизбыток молибдена в организме, так как его содержание в продуктах питания невелико. Однако существуют и другие способы, увеличивающие его количество. Например, применение пищевых добавок, в состав которых он включён, проживание на промышленных территориях, где окружающая среда загрязнена данным микроэлементом, а также употребление в пищу обогащённой молибденом воды [7, с. 32]. При этом симптоматика избытка молибдена следующая: потеря веса, нарушение кожной пигментации, раздражение слизистых оболочек, проблемы с лёгкими и желудочно-кишечным трактом, увеличение уровня мочекаменной кислоты (может вызвать подагру и иные заболевания мочеполовой системы). В связи с этим целесообразно отслеживать уровень молибдена в организме и не допускать дисбаланса. Специалисты-медики отмечают, что для взрослых 45-75 мкг молибдена в сутки будет достаточно для нормального функционирования организма. При беременности дозировку стоит увеличить до 80 мкг в день [6, с. 39].

Следующий микроэлемент, физиологическую роль которого следует рассмотреть в рамках исследования, – ванадий. Его функциональная сторона в организме человека не имеет на данном этапе чёткого понимания, поэтому изучение продолжается до сих пор. Однако некоторые специалисты отмечают, что ванадий обладает некоторыми свойствами инсулина, в связи с чем он может оказывать влияние на активность ряда ферментов. Кроме того, он держит под контролем работу центральной нервной системы и препятствует возникновению атеросклероза. По некоторым данным, ванадий способен также снижать уровень холестерина в крови и участвовать в метаболических процессах костей и зубов.

Малоизученность данного микроэлемента повышает необходимость контроля его количества в организме человека. При этом стоить отметить, что дефицитное содержание ванадия в организме человека практически не встречается. Однако выявленные случаи позволили обозначить симптоматику данного явления следующим образом: стремительное развитие гипогликемии, атеросклероза, онкологических заболеваний, сложная беременность, выкидыш, поражение костно-мышечной системы и т.д. Токсичность же, связанная с избытком ванадия в организме, проявляется как нарушения желудочно-кишечного тракта, почек, нервной и дыхательной систем. Несмотря на неоднозначность исследователей относительно данного микроэлемента, была установлена примерная суточная норма ванадия для взрослого человека – 10-25 мкг. Определяющим фактором точной дозировки является возраст человека и образ его жизни. Также были установлены показатели, при которых ванадий оказывает токсичное воздействие на организм – 0,25 мг. Если его количество достигает 2-4 мг, человек умирает [10, с. 53].

Наконец, физиологическая роль кремния заключается в его «строительной» функции, которая обеспечивает формирование и укрепление костной и соединительной тканей. Именно кремний обеспечивает сопряжение коллагена и эластина, участвует в укреплении и минерализации костной ткани. Помимо этого, в перечне кремниевых свойств можно отметить антиоксидантность. Логично установить, что дефицит кремния сопровождается ослаблением костно-мышечной системы, замедлением костного роста, уменьшением прочности отдельных костей и препятствием для развития соединительной ткани. Особенно острый дефицит кремния наблюдается у пожилых людей, в связи с чем они в наибольшей степени подвержены развитию таких заболеваний, как остеопороз, остеоартрит и т.д. Кроме того, в зоне риска находятся люди, у которых отсутствует сбалансированное питание, а рацион содержит повышенное количество углеводов и недостаток витаминов.

В отличие от ранее рассмотренных микроэлементов, кремний считается относительно нетоксичным, в связи с чем его избыток практически не встречается в медицинской практике. Однако здесь предполагается пищевое распространение микроэлемента. Повышенная концентрация кремния может быть достигнута за счёт его промышленного распространения. В таком случае организм человека страдает от силикоза и патологий дыхательной системы. Низкий уровень токсичности кремния обуславливает довольно высокую рекомендованную суточную норму данного микроэлемента в сравнении с хромом, молибденом и ванадием. Так, по данным медиков, суточная потребность человека в кремнии составляет 20-30 мг, при этом его природа имеет следующее соотношение: 3,5 мг кремния поступает через пищу и воду, а 15 мг и выше – через воздух [8, с. 73].

В Таблице 1 отражена статистика заболеваемости населения Орловской области, которая может быть вызвана дефицитом и избытком хрома, молибдена, ванадия и кремния за 2018-2023гг.

Таблица 1. Заболеваемость населения Орловской области, вызванная дефицитом и избытком хрома, молибдена, ванадия и кремния за 2018-2023гг.

Продолжение Таблицы 1

Таким образом, можно отметить, что преимущественно наблюдается отрицательная динамика развития заболеваний, связанных с избытком или недостатком микроэлементов хрома, кремния, молибдена и ванадия в организме жителей Орловской области, поскольку количество диагностированных случаев незначительно, но увеличивается с каждым годом. В некоторых случаях наблюдалось краткосрочное снижение показателей (например, количество случаев заболевания артритом в регионе в 2019 году составляло 21,2 случая на 100 тыс. населения, а в 2020 году данный показатель сократился до 16,3; тем не менее 2021 год вновь демонстрирует рост заболеваемости до 19,8 случаев на 100 тыс. населения). Один из самых резких и значительных приростов заболеваемости был отмечен в 2023 году и связан с недостатком молибдена, который способствует развитию инсульта. Так, данный показатель всего за год увеличился с 10,1 до 20,6 случаев на 100 тыс. населения. Единственная отрицательная динамика была замечена при рассмотрении развития мочекаменной болезни в регионе в период с 2020 по 2023 год. На протяжении всего периода показатели стабильно снижались и к 2023 году достигли параметра в 286,2 случая на 100 тыс. населения от стартового показателя в 309,9.

Проведённое исследование ещё раз подчёркивает важность обеспечения организма достаточным количеством микроэлементов, чтобы организовать его комфортное и безопасное функционирование. Рост количества заболеваемости населения Орловской области, связанный в том числе с дефицитом или избытком хрома, кремния, молибдена и ванадия обуславливает необходимость изучения данной темы и формирования у людей чёткого осознания пищевой ценности основных продуктов питания [4, с. 87].

Для того, чтобы обеспечить организм достаточным количеством микроэлементов и не допустить их избытка, важно понимать, в каких продуктах они содержатся и в каком соотношении. В Таблице 2 приведён список самых популярных продуктов, содержащих хром, молибден, ванадий и кремний.

Таблица 2. Продукты, богатые хромом, молибденом, ванадием и кремнием

Таким образом, знание продуктов, в составе которых присутствует каждый из указанных микроэлементов, позволит удерживать их содержание в организме в норме посредством контроля потребления данных продуктов [3, с. 436].

Кроме того, микроэлементы хром, молибден, ванадий и кремний могут участвовать в качестве кофакторов ключевых ферментов в нормальной жизнедеятельности человека. Для начала обозначим, что кофактором называется белковое соединение, присоединяющееся к участку функционального белка для участия в его биологической деятельности. Как правило, белки такого рода представляют собой ферменты, в связи с чем кофакторы получили название «молекулы-помощники». Стоит обозначить, что выделяются две классификационные группы кофакторов: неорганические ионы и сложные органические соединения. Вторая группа в большинстве случаев включает производные от витаминов, а сами кофакторы именуются коферментами.

Ранее данный аспект был затронут косвенно, теперь же более подробно рассмотрим, какую роль играют хром, молибден, ванадий и кремний с точки зрения кофакторов в организме человека. Для этого обратимся к Таблице 3.

Таблица 3. Хром, молибден, ванадий и кремний с точки зрения кофакторов в организме человека

Таким образом, рассмотренные микроэлементы – хром, молибден, ванадий и кремний – играют одну из важнейших ролей в осуществлении нормального функционирования организма человека. Как удалось определить, они принимают участие в метаболизме, обеспечивают противоокислительную систему защиты, а также поддерживают рост и общее развитие организма. Особенно важно следить за балансом данных микроэлементов в организме, так как негативные последствия прослеживаются как при их дефиците, так и при избытке. Как правило, эти последствия выражаются в различных нарушениях здоровья, где особенно страдают костная, мочеполовая, дыхательная, сердечно-сосудистая системы. Именно поэтому необходимо придерживаться здорового образа жизни, важнейшим элементом которого является сбалансированное питание. Дальнейшие исследования данной темы могут быть связаны с более подробным изучением токсичности данных микроэлементов, рассмотрением особенностей ванадия, так как его природа и функциональная составляющая до сих пор не имеют достаточного количества оснований, а также разработкой эффективных стратегий для профилактики и лечения избытка и дефицита микроэлементов в организме человека.