Минеральные вещества, необходимые человеку, и их значение в питании
Важность минералов сложно переоценить — они необходимы для нормального развития жизненных процессов организма.
Наиболее изучены: железо, йод, калий, кальций, магний, натрий, сера, фосфор, фтор, хлор и некоторые другие. Эти вещества выполняют в организме различные функции, многие из которых чрезвычайно важны. Следовательно, минералы так же необходимы человеку, как незаменимые аминокислоты и ненасыщенные жирные кислоты.
Ценность минералов и воды настолько высока, потому что они являются частью всех клеток и тканей, они участвуют во всех типах обмена веществ. Минеральные вещества принимают непосредственное участие в пластических процессах, создают необходимое осмотическое давление в тканях и тем самым обеспечивают нормальное течение ряда физико-химических процессов.
Железо входит в состав гемоглобина крови, который снабжает кислородом клетки и ткани тела.
Фосфор в больших количествах содержится в костных и мышечных тканях; его много в веществе головного и спинного мозга. Магний и фосфор необходимы для формирования костей и зубов.
Йод входит в состав белка щитовидной железы.
В опорных тканях кальций содержится в значительных количествах, он необходим для формирования зубной и, прежде всего, костной ткани. Ценность этого минерала для организма заключается еще и в том, что он способствует свертыванию крови, поддерживает в организме нормальный уровень нервной возбудимости.
Натрий содержится в основном в пищеварительных соках и межклеточных жидкостях. Он необходим для воды и других метаболических процессов в организме, а также помогает связывать воду и удерживать ее в организме. В результате избыток натрия или поваренной соли (его источник в пище) повышает кровяное давление.
Соли калия, с другой стороны, уменьшают процесс связывания воды в тканях, способствуя ее выведению из организма; при необходимости для усиления этого процесса увеличьте количество калия в пище. Чрезмерная потеря хлоридов и воды приводит к нарушению нормального функционирования организма.
Содержание минералов в продуктах должно быть следующим: взрослому человеку необходимо около 0,7-0,8 г кальция, 2-3 г калия, 4-6 г натрия, 1,5-2 г фосфора и 0,015-0,02 г железа.
Продукты питания, богатые минеральными веществами
Источником минеральных веществ для организма человека являются продукты растительного и животного происхождения, в некоторой степени вода и поваренная соль (помимо хлорида натрия она содержит соли калия, магния, железа и др.).
Фрукты и овощи богаты минералами. Но основным источником солей кальция и фосфора являются продукты животного происхождения, в основном молоко и молочные продукты, особенно сыр. Соли кальция в значительных количествах содержатся в бобах, зеленом луке, петрушке, шпинате, салате, капусте, но кальций из растительных продуктов усваивается организмом намного хуже, так как он часто связан с щавелевой кислотой, которая образует нерастворимое соединение с Это. Много фосфора содержится в сыре, твороге, мозге, говяжьей печени, треске, сельди, крупах (гречка, овсянка, пшено), бобовых. Продукты, богатые этим минералом, — это также ржаной хлеб из непросеянной муки и куриный яичный желток. В овощах, фруктах, ягодах мало фосфора.
Солями калия наиболее богаты овощи и фрукты, особенно курага (абрикосы, курага), изюм, сливы, финики, инжир. Помня о важности этого минерала в питании, мы не должны забывать о влиянии калия на метаболизм воды в организме. Следовательно, потерю влаги необходимо контролировать соответствующим увеличением потребления поваренной соли.
Минералы хорошо растворяются в воде, а при варке продукты превращаются в отвар. Минеральные потери можно значительно снизить при правильном приготовлении.
Биодоступность элементов
Поступление элементов в организм зависит от многих факторов. Важную роль играет содержание элемента в пище, уровень абсорбции (форма, в которой находится элемент), содержание в пище веществ, препятствующих всасыванию элемента. Существуют значительные колебания поступления элементов в организм, например, по магнию они могут колебаться от 160 до 410 мг / сут (среднее значение — 285 мг, но за стандарт принято 340 мг), по железу — 9-20 мг в сутки (пища западного типа), по меди — 0,7-5,0 мг / сут.
Подавляющее большинство элементов попадает в организм с пищей и водой (через пищеварительный тракт). Некоторые элементы могут попасть в организм с вдыхаемым воздухом, например около 920 г кислорода. Из 150 мкг кадмия, ежедневно поступающего с пищей, около 1 мкг может попадать с воздухом в составе порошка.
Кожа также является одним из каналов, через которые различные элементы могут проникать во внутреннюю среду тела или вытеснять ее. Такой способ введения в организм необходимых микроэлементов можно использовать с помощью лечебной косметики. Этот перенос осуществляется трансдермальными транспортными механизмами.
Поглощение элементов в желудочно-кишечном тракте, когда они попадают в пищу, является наиболее важным вопросом, который позволяет нам многое понять в обмене элементов в организме. Известно, что поглощение разных элементов существенно различается. Все элементы с учетом коэффициента поглощения можно разделить на 4 основные группы.
- Группа элементов, которые усваиваются почти на 100%: фосфор, сера, калий, натрий, хлор, фтор, рубидий, бром, йод, бор, мышьяк, молибден, германий. Практически все макроэлементы хорошо усваиваются, за исключением кальция, усвояемость которого колеблется от 0,12 до 0,67 (за стандарт принято 0,3).
- Элементы со средним коэффициентом поглощения 0,25-0,50 (25-50%): селен, кальций, магний, цинк, кремний, стронций, медь, ртуть, кобальт.
- Элементы характеризуются низким поглощением; средний коэффициент поглощения 0,1-0,2 (10-20%): олово, свинец, кадмий, железо, марганец, золото, хром, сурьма.
- Элементы, которые очень плохо поглощаются, средний коэффициент поглощения составляет 0,002-0,070 (0,2-7,0%): ниобий, барий, цирконий, никель, титан, ванадий, алюминий, бериллий.
Знание такого показателя, как абсорбционная способность, позволяет нам объяснить многие физиологические эффекты макро- и микроэлементов. Для тех элементов, которые очень хорошо всасываются (80-100%) в желудочно-кишечном тракте, не существует проблем с дефицитом (кроме йода и фтора). К таким элементам относятся хлор, натрий, калий, бром, фтор, йод, фосфор, сера, молибден, а также токсичные — бор и мышьяк. По этой причине очень легко получить отравление мышьяком или препаратами, содержащими бор. Избыток йода или фтора в пище и воде также может вызвать тяжелую интоксикацию, так как оба этих элемента, попадая в желудочно-кишечный тракт, полностью всасываются в кровь. Известен дефицит обоих этих микроэлементов, но причины очень разные.
Йод имеет высокую скорость обновления (5,5 дней) и быстро теряется организмом, поэтому его необходимо постоянно восполнять с пищей. С другой стороны, фтор имеет очень низкую скорость обновления (1450 дней), поэтому его дефицит типичен для регионов с очень низким содержанием фтора в продуктах питания и питьевой воде. Однако все попытки решить проблему дефицита фтора с помощью фторирования воды заканчивались развитием интоксикации.
Элементы с умеренным всасыванием (30%) включают микроэлементы, известные как кальций и магний. Еще хуже усваиваются железо, марганец и хром (около 10%). Именно поэтому в медицине хорошо известны такие заболевания, как остеопороз, связанный с дефицитом не только кальция, но и магния, и анемия, обычно связанная с дефицитом железа. По той же причине хорошо известны клинические формы дефицита цинка, меди, марганца и хрома.
С другой стороны, низкая абсорбция некоторых тяжелых металлов (стронция, свинца, кадмия, сурьмы), а также алюминия или бериллия препятствует их накоплению в организме. В связи с этим наибольшую опасность представляют мышьяк и ртуть, которые выводятся из организма очень медленно (865 дней).
Очень низкая абсорбция токсичных и условно токсичных элементов, таких как, например, серебро, алюминий, бериллий, является гарантией безопасности организма при использовании алюминиевой посуды или использовании препаратов коллоидного серебра.
Поглощение элементов в желудочно-кишечном тракте непостоянно и может меняться под влиянием как внешних факторов, связанных с питанием, так и внутренних факторов. Организм очень эффективно регулирует и контролирует усвоение различных элементов. При недостатке того или иного элемента в организме его усвоение увеличивается, а при избытке — уменьшается. У людей с нормальным содержанием железа в организме до 10% введенного железа всасывается из желудочно-кишечного тракта, а при его дефиците всасывание может увеличиваться до 29-71% (в 2-7 раз). При нехватке железа в организме всасывание кобальта также увеличивается (с 30 до 70 %).
При снижении содержания кальция в организме его всасывание может увеличиваться с 13 до 33% (почти в 3 раза). Абсорбция подавляющего большинства макро- и микроэлементов осуществляется с помощью транспортных белков (известны кальций-связывающие белки, цинк-связывающие белки и др.). На всасывание активно влияют другие питательные вещества, которые могут увеличивать всасывание или, наоборот, тормозить его. Всасывание магния в среднем составляет 30 %.
При диете с высоким содержанием белка абсорбция увеличивается до 40%, а также увеличивается за счет витамина D, кальция, алкоголя, антибиотиков и гормона роста. Усвоение кальция усиливается за счет белков (лизина, аргинина), витамина D, фосфатов, лактозы, гормона роста. Всасывание кальция снижается под действием жиров, алкоголя, фитиновой кислоты (злаки).
Поглощение многих элементов меняется с возрастом. Всасывание железа у младенцев может достигать 70%, у детей до 10 лет снижается (до 10%), а у взрослых — около 3%. В пожилом возрасте всасывание железа снижается еще больше. Всасывание кальция также снижается с возрастом как у людей, так и у животных.
Уровень стремления также зависит от пола. Например, у мужчин в организм поступает 310-330 мг магния, а у женщин меньше — 270 мг. Эти различия могут быть частично связаны с меньшим количеством пищи, потребляемой женщинами. Однако некоторые важные для женщин микроэлементы усваиваются намного лучше, чем у мужчин: у женщин железа усваивается примерно в 4 раза больше, чем у мужчин.
Поглощение во многом зависит от соединения, содержащего данный элемент (или валентности). Лучше всего усваивается магний, когда он находится в составе глюконата, ацетата, лактата. Соли двухвалентного железа усваиваются в 3-7 раз лучше, чем соли трехвалентного железа. Подавляющее большинство соединений микроэлементов, входящих в состав лекарств или пищевых добавок, легко усваиваются.
Физиологическая роль элементов
Биологический эффект любого макро- и микроэлемента напрямую зависит от его содержания в организме. Есть разные зоны биологического действия элементов. При высоких токсичных концентрациях любого элемента возникает зона токсического действия, и каждый элемент может проявлять токсичность.
При уменьшении содержания элемента возникает так называемая зона бездействия, когда он перестает проявлять токсичность. При дальнейшем уменьшении содержания начинается зона биотического действия элемента, в которой проявляются благотворные эффекты элемента. Значительное снижение содержания элемента в организме вызывает прекращение его действия и возникает зона дефицита.
Другая закономерность физиологического действия элементов состоит в том, что только очень небольшая часть пула элементов тела проявляет активность, более значительное их количество находится в связанной форме. Например, из 200 мкг йода, поступающего в организм человека с пищей, используется 70–140 мкг этого элемента. 99% всего кальция (1200 г) сосредоточено в костной композиции и только около 1% кальция находится в физиологически активной форме. Из 2,3-3,8 г железа 64-75% находится в составе гемоглобина и миоглобина, 0,1-0,5% железа связано с ферментами.
Подавляющее большинство элементов в организме, за исключением электролитов, действуют не по отдельности, а в сочетании с органическими макромолекулами, в основном с ферментами. Во внутренней среде организма большинство микроэлементов не находятся в свободной форме, а связаны в комплексе с субстрат-связывающими белками и другими макромолекулами. В этом случае происходит концентрация и накопление определенных элементов в отдельных органах и тканях. Например, в клетках щитовидной железы концентрация йода в 300 раз выше, чем в плазме крови. То же самое и с костной тканью, где сосредоточены запасы кальция, фосфора, магния и тяжелых металлов.
Иногда бывает трудно понять и объяснить физиологическую роль элементов, если не вникать в их химические свойства, массу атомов, размер элементов или их ионов. Например, кальций и стронций очень похожи друг на друга по своим химическим свойствам. Но если часть ионов кальция в костной ткани заменяется ионами стронция, которые больше по размеру, структура ткани ослабляется, а кости становятся более хрупкими и склонными к искривлению.
Скелетные аномалии этого типа наблюдаются в некоторых геохимических районах, где содержание стронция в почве повышено. Ионы натрия и калия также очень похожи друг на друга. Но ионы калия намного крупнее ионов натрия, и это обстоятельство определило их судьбу в живых системах. Калий в организме находится в основном в клетках, а натрий — во внеклеточных жидкостях. В эритроцитах калия в 10,5 раз больше, чем натрия, а в плазме крови, наоборот, натрия почти в 30 раз больше, чем калия.
Важную роль в процессах биологического катализа играют металлы с переменной валентностью (медь, железо, хром), которые обладают способностью быстро отдавать или принимать электрон. Поэтому, например, железо входит в состав важнейших окислительных ферментов: каталазы, пероксидазы, цитохромов.
Участие различных микроэлементов в качестве катализаторов химических реакций строго определено и основано на конкретных и уникальных химических свойствах этих элементов.
Из-за присутствия микроэлементов многие ферменты могут действовать в обоих направлениях, в зависимости от обстоятельств, разрушая биомолекулу или объединяя вместе продукты разложения. Например, хорошо известный фермент алкогольдегидрогеназа обладает способностью не только расщеплять этиловый спирт на ацетальдегид и воду, но также инактивировать избыток ацетальдегида с образованием этилового спирта в организме.
Таблица содержания минеральных веществ в продуктах питания
Таблица содержания минеральных веществ в продуктах питания поможет вам правильно сбалансировать свой ежедневный рацион.
Содержание минералов в избранных продуктах:
| Наименование товара | Содержание в 100 г |
| Железо (мг) | |
| Сушеные белые грибы | 30,0 |
| Сушеный шиповник | 28,0 |
| Морские водоросли | 16.0 |
| Бобы | 12,4 |
| Гречиха | 8.0 |
| Миля | 7,8 |
| Какао | 11,7 |
| Манная крупа | 7,8 |
| Икра овощная | 7.0 |
| Черника | 7.0 |
| Персик, кизил | 4.1 |
| Морской лещ | 4.0 |
| Икра осетровых рыб | 3,4 |
| Инжир | 3.2 |
| Цыплята | 3.0 |
| Хурма | 2,5 |
| Груши | 2.3 |
| Яблоки | 2.2 |
| Щавель | 2.0 |
| Кальций (мг) | |
| Швейцарский сыр | 1064 |
| Советский сыр | 1050 |
| Голландский сыр | 1040 |
| Молоко | 919 |
| Сыр | 550 |
| Консервированная рыба | 320 |
| Сгущенное молоко | 307 |
| Петрушка (зеленая) | 245 |
| Белые грибы | 184 |
| Творог | 175 |
| Хурма | 127 |
| Шпинат | 106 |
| Карп | 90 |
| Сметана (10% жирности) | 90 |
| Горох | 89 |
| Гречиха | 70 |
| Щавель | 47 |
| Шоколад | 187 |
| Сушеный шиповник | 66 |
| Яйцо | 55 |
| Морковь | 51 |
| Черная икра | 50 |
| Репа | 49 |
| Капуста | 48 |
| Свекла | 37 |
| Зеленый горошек | 26 |
| Кабачки, баклажаны | 15 |
| Калий (мг) | |
| Какао | 2403 |
| Бобы | 1100 |
| Молоко | 1000 |
| Шпинат | 774 |
| Картошка | 731 |
| Шоколад | 543 |
| Щавель, абрикос | 500 |
| Поллок | 428 |
| Палтус | 500 |
| Сгущенное молоко | 380 |
| Черная смородина | 372 |
| Персики, кизил | 363 |
| Зеленый горошек | 360 |
| Редис | 357 |
| Петрушка (зеленая) | 340 |
| Кальмар | 321 |
| Абрикосы | 305 |
| Манная крупа | 292 |
| Помидоры | 290 |
| Свекла | 288 |
| Яблоки | 251 |
| Морковь | 210 |
| Миля | 200 |
| Куриные яйца | 153 |
| Сметана (10% жирности) | 124 |
| Магний (мг) | |
| Арбуз | 224 |
| Манная крупа | 116 |
| Бобы | 103 |
| Миля | 101 |
| Хурма | 56 |
| Куриные яйца | 54 |
| Морковь | 38 |
| Шоколад | 38 |
| Петрушка, щавель | 85 |
| Шпинат | 82 |
| Кальмар | 74 |
| Мука 1 сорта | 73 |
| Поллок | 57 год |
| Сгущенное молоко | 34 |
| Черная смородина | 34 |
| Цыплята | 27 |
| Редис, малина | 22 |
| Клубника | 18 |
| Натрий (мг) | |
| Сыр | 1600 |
| Голландский сыр | 950 |
| Молоко | 400 |
| Зеленый горошек | 360 |
| Цыплята | 130 |
| Кальмар | 109 |
| Свекла | 86 |
| Петрушка (зеленая) | 78 |
| Треска | 78 |
| Шоколад | 76 |
| Куриные яйца | 71 |
| Шпинат | 62 |
| Морской лещ | 56 |
| Репа | 58 |
| Сметана (10% жирности) | 50 |
| Помидоры | 40 |
| Миля | 40 |
| Абрикосы, кизил | 32 |
| Черная смородина | тридцать |
| Картошка | 28 год |
| Яблоки, рис | 26 |
| Сокровище | 26 |
| Крыжовник | 23 |
| Морковь | 21 год |
| Фосфор (мг) | |
| Молоко | 790 |
| Белые грибы | 606 |
| Какао | 771 |
| Икра прессованная | 594 |
| Швейцарский сыр | 594 |
| Бобы | 580 |
| Манная крупа | 361 |
| Перловая крупа | 343 |
| Гречиха | 323 |
| Цыплята | 298 |
| Сардины | 276 |
| Скумбрия | 278 |
| Шоколад | 253 |
| Миля | 235 |
| Козий сыр | 220 |
| Творог | 220 |
| Треска | 220 |
| Сгущенное молоко | 219 |
| Зеленый горошек | 122 |
| Щавель, шпинат | 89 |
| Сметана (10% жирности) | 62 |
| Хурма, свекла, репа, салат, кизил, персик, малина, смородина | 42-30 |