Диссертация (Эколого-геохимический мониторинг влияния меди, кадмия и свинца на цинковый статус населения Оренбургской области), страница 4

Повышениюкачества жизни людей способствует коррекция элементного статуса населения(Тутельян В.А. и др., 2002; Оберлис Д. с соавт., 2008, 2015; Голубкина Н.А. ссоавт., 2011; Агаджанян Н. А. с соавт., 2013; Элементный статус….., 2015; WHO,1996; Yu L. I. et al., 2006).1.1 Взаимодействие микроэлементов в окружающей средеИз сотни химических элементов, встречающихся в окружающей среде,необходимыми для функционирования живых организмов являются около 40(Скальный А.В.

и др., 2004). Поступлению в организм химических элементовспособствуют потребляемая вода и питание.Основными причинами ростадефицита жизненно важных элементов и избытка токсичных, приводящих к19серьезным нарушениям в организме, являются возрастание стрессовых ситуаций,неблагоприятная экологическая обстановка и современные способы обработкипродуктов питания, которые «убивают» биологически активные вещества.1.1.1 Общие сведения о микроэлементахХимические элементы, содержащиеся в незначительных количествах ворганизме (менее 0,001 %), называются микроэлементами. К микроэлементамотносятся цинк, марганец, медь, железо, кобальт, йод, селен и еще около 40других элементов (ВОЗ, 1996).

Условно их подразделяют на жизненнонеобходимые (эссенциальные) и токсичные (Шафран Л.М. с соавт., 2011). Такназываемые эссенциальные микроэлементы (цинк, медь, железо, йод, кобальт,хром, марганец, молибден, селен), условно эссенциальные (бром, бор, фтор,мышьяк, никель, литий, ванадий, кремний), ультрамикроэлементы (серебро,золото, платину, цезий и ртуть), токсичные (кадмий, свинец) (Мирошников С.В.,2014).Ещемалоизученыфункцииворганизмечеловекамногихультрамикроэлементов.Основоположниками учения омикроэлементахявляются зарубежные(A.S.

Prasad, A.L. Page, J.F. Hodson, R.L. Mitchell, H.J.M. Bowen, D. Oberliz) иотечественныеученые (В.И. Вернадский, В.В. Ковальский, А.П. Виноградов,В.А. Ковда, А.П. Авцын, Г.А. Бабенко). Их исследования касались не толькосодержания микроэлементов в водах, почвах, растениях, животных, породах,форм соединений, закономерностей их миграции и аккумуляции, но и влияниянедостатка или избытка микроэлементов на развитие растений, животных ичеловека.Отечественное учение о микроэлементах и микроэлементозах заложенов 20-е годы ХХ столетия выдающимся русским ученымВ.И.

Вернадским.В дальнейшем оноВ.В. Ковальским,Г.А.Бабенко,былоА.П.В.Л. Сусликовым и др.углублено А.П. Виноградовым,Авцыным,А.А. Жаворонковым,А.В. Скальным,20В здоровом питании человека, как подтверждают исследования ученых,исключительноважнуюроль играют эссенциальные микроэлементы(Агаджанян Н.А. с соавт., 2001; Бабенко Г.А., 2001; Цыган В.Н. с соавт., 2012;Радыш, И. В. с соавт., 2015; Campbell J.D., 2001; Kim J. et al., 2014).Недостаток в организме эссенциальных, а также избыток токсичныхмикроэлементовспособствуютнарушениюпроцессовжизнедеятельности,ухудшению здоровья, как отдельно взятых жителей, так и населения целыхрегионов (Афтанас Л.И.

и др., 2010).Микроэлементыфизиологической–системы,этонеотъемлемыекотораярегулируеткомпонентысложнойна всех стадиях развитияорганизма показатели гомеостатического баланса. По мнению А.П. Авцына ссоавторами (1991) вышеназванное утверждение основано на трех принципах:1) избирательность поглощения определенных микроэлементов;2) избирательность концентрации микроэлементов в органеллах клетки иопределенных тканях;3) селективная элиминация микроэлементов.Микроэлементы являются важными компонентами питания, независимо отформы и количества поступления (Тутельян В.А. с соавт., 2002; Оберлис Д.

ссоавт., 2008; Янин Е. П., 2012; Бурцева Т.И., 2016; Anke М., 1999, 2004; Kim J. etal., 2014).Взаимодействие между химическимиосуществляетсяэлементами в организме человекапо типу синергизма и антагонизма. Элементы синергистывзаимно способствуют усвоению друг друга в желудочно–кишечном тракте(ЖКТ) и взаимодействуют в осуществлении какой–либо обменной функции натканевом и клеточном уровне (Оберлис Д. с соавт., 2008, 2015; Халиуллина С.В.,2013; Мирошников С.В., 2014; Maret W.

et al., 2006). Антагонисты оказываютпротивоположное влияние на биохимические функции организма и тормозятабсорбцию другдругавЖКТ. Можно предположить возможностьантагонистических взаимоотношений между элементами,исходя из ихположения в периодической системе. В основе этих взаимодействий лежит21способностьаналогия,элементовккомплексообразованию,ихфизико-химическаябольшее или меньшее сродство к соответствующим активнымгруппировкамбиополимеров.Следовательно,антагонистамиявляютсяхимические аналоги и гомологи, например, кальций – магний, а также элементы содинаковой степенью окисления и способностью образовывать аналогичныекомплексы.Синергизмбываеттольковзаимным,аантагонизмодносторонним, либо обоюдным.

Так, магний и фосфор, цинк и медьтормозятабсорбциюдругдругавкишечнике;кальцийлибовзаимноингибируетабсорбцию цинка и марганца, но не наоборот (Мирошников С.В., 2014; Kaim W.et al., 1995). Антагонизм часто выполняет защитную роль в отношениибиохимических функций (Меньшикова М.Г. с соавт., 1992; Momcilovic B.,1988; Kaim W. et al., 1995; Goyer R.A., 1997; Flora G. et al., 2012).Наибольший интерес для исследований содержания химических элементовв биосфере и их влияние на здоровье человека представляют такие элементы какцинк, медь, свинец и кадмий.Цинк и медь относятся к эссенциальныммикроэлементам и играют важную биологическую роль в экосистемах иотдельных организмах растений, животных и человека.

Нехватка и избыток всеголишь одного элемента может привести к серьезным нарушениям в живыхорганизмах. Свинец и кадмий являются токсичными элементами, они имеютхимическое сходство с цинком и медью и поэтому легко включаются в ихкруговорот в экосистемах. Токсичные элементы легко атакуют жизненно важныецентры в клетках, например белки-ферменты, ДНК, конкурируя с подобными имбиогенными элементами и легко вытесняя их. Функциональными антагонистамицинка являются медь, свинец, кадмий, особенно на фоне дефицита белка(Скальный А.В. и др., 2004; Мирошников С.В., 2014; Kaim W. et al., 1995; Plum L.M. et al., 2010; Prasad A.S., 2012; Maret W.

et al., 2013, Maares M. et al., 2016).Например, недостаток цинка может приводить к усиленному накоплению свинца,кадмия и меди из окружающей среды. В то же время избыточное поступлениецинка может понизить общее содержание и поступление в организм такоговажного элемента, как медь (Фролова О.О., 2007; Мирошников С.В., 2014;22Детков В.Ю., 2017). Характер распределения свинца между органами и тканямивидоизменяется под действием цинка: повышается содержание свинца в почках ипечени иснижается вскелете (Оберлис Д. с соавт., 2008; Плетенѐва Т.В. ссоавт., 2013; Flora G. et al., 2012).При поступлении кадмия в среду, где уже есть смесь меди и цинка, общеетоксическое действие трех металлов резко усиливается. Известен такжеантагонизм для некоторых групп металлов: цинк – кадмий, медь – свинец, медь –кадмий (Бокова Т.И., 2011).

Взаимный антагонизм между кадмием и цинкомявляется следствием их изоморфного замещения в биологических системах, аименно: повышение потребления одного из них может вызвать дефицит другого,путемзамещениянанекоторых функциональных участках связывания(Moulis J.M., 2010).1.1.2 Цинк в окружающей среде и его биологическая рольЦинк–элементIIгруппыпобочнойподгруппы4–гопериода Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с XVIвека известен в Китае и Индии.

Кадмий и ртуть также входят в эту подгруппу.Все три элемента – цинк, кадмий и ртуть – имеют на наружном слое атома дваэлектрона и на предыдущем восемнадцать. У атомов вышеназванных элементовцеликом заполнен d–подуровень второго снаружи электронного слоя, также как иу атомов элементов подгруппы меди. Однако, у элементов подгруппы цинка этотподуровень вполне стабилен и удаление из него электронов требует затратыэнергии. Поэтому цинк и кадмий в своих соединениях проявляют степеньокисления + 2, в отличие от ртути и меди, которые могут образовыватьсоединения со степенью окисления + 1.

В биологии и аналитической химиирадиоактивные изотопы цинка используют для изучения метаболизма цинка ворганизме при различных внешних воздействиях (в эксперименте) и в норме вкачестве изотопного индикатора.23Как самородный металл цинк в природе не проявляется.