Что такое макроэлементы?

Макроэлементы (следуя определению из курса биологии) – это важнейшие вещества неорганического происхождения, которые находятся в клетках живых организмов. Попадают они туда извне, ведь организмы не умеют воспроизводить их самостоятельно, как, например, некоторые витамины.

Макроэлементы люди часто называют минералами. Хотя на самом деле далеко не все вещества имеют структуру камня. Всего наукой выделено одиннадцать веществ, причисленных к этой группе. Среди них есть как металлы, так и газы. К макроэлементам, согласно классификации таблицы Менделеева, преимущественно относятся щелочные и щелочно-земельные металлы.

Чем макроэлементы отличаются от микроэлементов? Количеством, которое находится в клетках живого организма. Макрочастички являются строительным материалом, а их микро-соседи помогают поддерживать общее равновесие и вместе с витаминами обеспечивают нормальное накопление и распределение запасов.

Полный список и основные характеристики свойств

Полный список и основные характеристики свойств макроэлементов представлен в таблице ниже.

Многие характеристики макроэлементов по сей день остаются неизученными. Новые данные исследователи получают каждый день, благодаря чему удается выяснить работу веществ в клетках живых организмов более детально.

Классификация

Классифицировать все макронутриенты можно по такому признаку, как биогенность (органогенность). Этот научный термин на простом и понятном языке отождествляется со словом «содержание».

Наиболее значимыми веществами (имеющими наибольший удельный вес) в клетках живого организма являются 4 газа:

1. кислород;
2. углерод;
3. водород;
4. азот.

Если совокупность всех вышеперечисленных веществ принять за единицу, то примерные концентрации их в организме человека составят пропорцию 64:18:10:8 соответственно.

К прочим макроэлементам, входящим в состав абсолютно всех живых клеток, относятся:

• магний;
• натрий;
• хлор;
• фосфор;
• кальций;
• калий.

Из перечисленных выше больше всего ученым удалось выявить в клетках ионов кальция и фосфора, а меньше всего обнаружено магния. Вес абсолютно всех макроэлементов в организме человека выражается в граммах, тогда как вес микро- и ультрамикроэлементов считается в миллиграммах и микрограммах.

Следует сказать о том, что некоторое время к макроэлементам относили и железо, но в настоящее время вещество причисляют к микроэлементам. В некоторых источниках в перечень наиболее значимых по критерию биогенности входят не 4, а 6 веществ. К уже описанной группе причисляют серу и фосфор. Данное разделение актуально по причине того, что фосфор является составной частью скелета, а сера чрезвычайно важна для воспроизводства аминокислот.

Все макро- и микроэлементы в организме здорового человека находятся в сбалансированном количестве, а любое отклонение от нормальных значений в большую или меньшую сторону оказывает неблагоприятное влияние на здоровье человека.

Роль в человеческом организме

Роль макроэлементов в человеческом организме сводится к обеспечению главных процессов жизнедеятельности:

• дыхания;
• кроветворения;
• поддержания целостности покровов и костных тканей.

Более подробно роль всех макроэлементов в организмах теплокровных животных и людей описана в таблице:

Все вышеописанные вещества в определенном количестве присутствуют в тканях. В случае, когда уменьшается поступление их извне, организм высвобождает макроэлементы, нарушая работу слаженной системы. В том случае, когда возникает избыточное поступление веществ, все сверхнормативное количество накапливается клетками. Это тоже плохо, а для полноценной и правильной работы организма необходимо поддерживать сбалансированное количество макроэлементов.

Суточная норма

Суточная норма потребления макроэлементов в организме человека должна быть такой, чтобы ею можно было восполнить израсходованные вещества в полном объеме. Значение показателей зависит от:

• возраста;
• роста;
• массы тела;
• образа жизни человека;
• физической активности;
• рода занятий.

На количество необходимых макроэлементов оказывают влияние также хронические заболевания, к которым относят не только сахарный диабет, сердечную и почечную недостаточности, гормональный дисбаланс, но и вредные привычки, по определению отнесенные к болезням – алкоголизм и табакокурение.

С примерной суточной потребностью в макроэлементах можно ознакомиться в таблице ниже. Все данные приведены на основе исследований отечественных ученых нынешнего времени. Представления ученых стран Европы, США и прочих могут отличаться от приведенных значений.

В отдельной графе указано усредненное количество основных веществ, находящихся в организме человека «в запасе».

В некоторых макроэлементах, таких как кальций и фосфор, нуждаются женщины. Это связано с репродуктивной функцией, беременностью и лактацией, а также некоторыми возрастными особенностями функционирования организма в климактерический и постклимактерический периоды. В дополнительных источниках кальция нуждаются люди, страдающие заболеваниями, связанными с невозможностью восприятия и правильного распределения полученного макроэлемента.

Недостаток или избыток макроэлементов в организме человека можно выявить, сдав кровь на анализ. При помощи специального и довольно сложного разложения плазмы крови, которое называют спектральным анализом, лаборанты выявляют процентное соотношение веществ. После того, как полученные данные будут сравнены с нормативными значениями, можно сделать вывод о дефиците или профиците веществ.

В отличие от микроэлементов, нарушение в усваиваемости и насыщаемости организма макроэлементами можно выявить и по анализу мочи. Потеря кальция костной тканью или излишнее насыщение клеток солями, содержащими фосфор, легко определяется в обычной лаборатории, которая есть почти при всех поликлиниках и больницах.

Перечень источников, в которых содержатся макроэлементы

Перечень источников, в которых содержатся макроэлементы, невозможно поместить в одну статью, потому что макрочастички есть во всех:

• овощах,
• фруктах,
• ягодах,

а также в:

• мясе;
• рыбе;
• яйцах;
• молоке и продуктах из него;
• пряных и ароматических травах;
• продуктах пчеловодства.

Искусственно сбалансированные комплексы также могут быть источниками макроэлементов. Некоторые вещества используют в фармацевтической промышленности для изготовления лекарственных препаратов в виде:

• таблеток;
• легкорастворимых порошков;
• капель;
• растворов в ампулах (для уколов или перорального употребления).

В таблице ниже приведены продукты, употребляя которые, человек может восполнить израсходованные организмом макроэлементы.

Питательные свойства всех вышеназванных продуктов наиболее выражены в сыром виде. При варке, жарке или иной термической обработке ценность продуктов меняется. Именно поэтому для того, чтобы восполнить физиологические потребности в макроэлементах, важно понимать, как меняется состав, после чего грамотно корректировать количество пищи.

Кроме всего этого, на качественный состав лакомств влияет и то, в какой посуде приготовлено блюдо или напиток. Например, натуральный черный кофе неспроста заваривают в посуде из меди, а в алюминиевых кастрюлях не готовят блюда с помидорами.

Признаки и симптомы недостатка или избытка

Признаки и симптомы недостатка или избытка макроэлементов в человеческом организме перечислены в таблице.

Для усвоения макроэлементов организм должен получать сбалансированное питание. В регионах со сложной экологической обстановкой и загрязненным воздухом всем людям необходимо корректировать в рационе количество йода, фтора и употреблять больше витаминов. Забота о своем здоровье даст необходимый результат только тогда, когда питание будет сбалансированным на протяжении длительного времени.

Причины нарушения баланса макроэлементов

Причины нарушения баланса макроэлементов сводятся к нарушению усваиваемости веществ из пищи. Чаще всего это связано с аутоиммунными заболеваниями, хотя некоторые отклонения могут быть следствием ранее перенесенных:

• вирусных заболеваний;
• бактериальных инфекций.

Нарушение баланса макронутриентов в организме человека может быть также вызвано особенностями работы организма. Врожденные заболевания, такие как:

• почечная недостаточность,
• нарушения углеводного или белкового обмена,

могут стать причиной того, что минералы будут усваиваться не полностью или, наоборот, сверх нормы.

Важно отметить и тот факт, что растения, выращенные на загрязненной почве, вместе с полезными и необходимыми веществами «обогащают» клетки солями тяжелых металлов. Именно поэтому грибы, собранные вне теплиц и отдаленных от мегаполисов лесных массивов, кушать не рекомендуется.

Растения, получившие слишком много удобрений, также могут быть причиной нарушения баланса макроэлементов. Это неоднократно доказано специалистами многих отраслей в процессе изучения свойств веществ и их взаимодействия при работе, а также наличием в природе синергистов и антагонистов.

В заключение статьи о макроэлементах следует сказать о том, что нет одного самого важного вещества, и только сбалансированное и своевременное питание, отсутствие вредных привычек и здоровый образ жизни помогут организму сохранить молодость.

Просмотры: 7263

10.12.2019

По оценкам разных исследователей, для питания растений необходимо от 68 до 84 элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Роль далеко не всех их изучена досконально. Тем не менее, общепризнано, что определенная часть найденных в растениях и почве элементов является совершенно необходимой для нормального роста и развития растений, получения хороших урожаев.

Все элементы, участвующие в , принято классифицировать в зависимости от их содержания в растениях и в почве. Обычно их разделяют на макроэлементы и микроэлементы. По этой классификации, элементы, содержание которых в перерасчете на сухое вещество составляет от сотых долей процента до нескольких десятков процентов, являются макроэлементами. Те элементы, содержание не превышает тысячных долей процента, относят к микроэлементам.

В настоящее время эта классификация дополнена. Часть элементов сейчас относят к мезоэлементам, т.е., по сути, они образуют группу, промежуточную между макро- и микроэлементами. Кроме того, иногда выделяют ультрамикроэлементы. Это те элементы, содержание которых в растениях ничтожно мало, а физиологическая роль и влияние практически не изучены.

Если придерживаться уточненной классификации, то к макроэлементам относятся азот, фосфор и калий, к мезоэлементам – сера, кальций, магний, к микроэлементам – , , , медь, , , барий, , хлор, натрий, титан, серебро, ванадий, , никель, селен, литий, йод, алюминий.

Приведенная классификация, как и любая другая, достаточно условна, и те или иные элементы в работах разных авторов порой попадают в разные группы. Кроме того, в тканях некоторых видов растений отдельные микроэлементы содержатся в количествах, характерных для макроэлементов. Тем не менее, для практических целей, т.е. организации минерального питания растений в хозяйственных условиях, эта классификация достаточно удобна и позволяет адекватно оценить роль тех или других элементов в получении урожая, правильно подобрать методы восполнения их недостатка в почве.

Макроэлементы и мезоэлементы необходимы растению в достаточно больших количествах, потому что являются «строительным материалом», в первую очередь, для белков. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и т.п. Нормальное развитие и функционирование как отдельных клеток, так и всего растительного организма невозможно без оптимального обеспечения элементами всех этих групп.

Отсутствие или недостаток любого из элементов, необходимых для роста и размножения, вызывает вполне определенные симптомы голодания. Однако, поступая в повышенных дозах, как макро, так и микроэлементы становятся токсичными для растений и употребляющих их людей и животных.

Питательные вещества при корневом питании растения получают из почвы. Основным источником поступления микроэлементов в почву являются материнские почвообразующие породы. При этом почвы очень различаются по содержанию микроэлементов. Так, в моренных лессовидных суглинках содержание кобальта, хрома, стронция в 2 – 2,5 раза больше, а никеля, ванадия, титана, бария, бора, марганца – в 3 – 4 раза больше, чем в песках. Торфяно-болотные почвы бедны микроэлементами. При этом, содержание микроэлементов в почве увеличивается по мере накопления в ней органических веществ. То есть, при внесении навоза, компоста и других органических удобрений, почва обогащается не только макро-, но и микроэлементами.

Растворимость микроэлементов в почвах имеет большое значение для их биологической доступности и способности к перемещению. Тяжелые почвы (как щелочные, так и нейтральные) хорошо удерживают микроэлементы и поэтому медленно поставляют их растениям, что может приводить к нехватке некоторых элементов. Легкие почвы, наоборот, могут быть источником легкодоступных микроэлементов, но при этом их запас быстрее истощается. Поэтому при оценке обеспеченности почв микроэлементами важно учитывать не только их валовое содержание, но и наличие подвижных форм. Причем, разница между этими двумя значениями может быть весьма существенной. Например, бор в подвижной форме составляет лишь 2 – 4% от валового содержания этого микроэлемента, медь, молибден, кобальт, цинк – 10 – 15%.

Обеспеченность почвы микроэлементами меняется в течение вегетационного периода, а также зависит от интенсивности осадков, испарения влаги из почвы и т.д. В зависимости от этих факторов, концентрации микроэлементов в почвенных растворах могут изменяться более чем в 10 раз. Это необходимо учитывать при проведении анализов почвы. При этом концентрации макроэлементов, хотя также зависят от упомянутых факторов, изменяются в меньшей степени.

Перенос растворенных элементов в почве может происходить двумя путями: через почвенный раствор (диффузия) и вместе с движущимся почвенным раствором (вымывание). В зависимости от климата, этот процесс имеет свои особенности. Так, в прохладном влажном климате вымывание микроэлементов вниз по профилю почвы проявляется сильнее, чем их накопление. А в теплом сухом климате более характерно восходящее движение микроэлементов.

Состояние и доступность микроэлементов в почве зависит от ее кислотности. Так, цинк, марганец, медь, железо, кобальт, бор легко выщелачиваются в кислых почвах. Но если pH почвы поднимается выше 7, эти элементы образуют довольно устойчивые соединения. Молибден и селен, наоборот, мобилизуются в щелочных почвах, а в кислых становятся практически нерастворимыми.

Уровень содержания элементов также связан с биологической активностью почв. Низкая концентрация микроэлементов стимулирует увеличение бактерий в почве, а повышенное их содержание оказывает негативное влияние на почвенную микробиоту. Причем, наиболее токсичны микроэлементы для бактерий, фиксирующих свободный азот. В биомассе микроорганизмов микроэлементы могут накапливаться в таких больших концентрациях, что это влияет на уровень их содержания в почве в целом. При этом, связанные микроорганизмами микроэлементы становятся менее доступными для растений. Также менее доступны для растений элементы, фиксированные на оксидах, тогда как адсорбированные на глинистых минералах – наиболее доступные.

В целом, в почвах более половины общего содержания микроэлементов удерживается органическим веществом. Например, на торфяниках у растений нередко проявляются симптомы дефицита цинка, меди, молибдена, марганца. Причина этого – сильное удержание этих элементов нерастворимыми гуминовыми кислотами.

Степень поглощения растениями микроэлементов и интенсивность их роста в значительной степени зависит от наличия в почве макроэлементов – азота, фосфора и калия. Так, повышение уровня азотного питания увеличивает поступление в растения фосфора, калия, кальция, магния, меди, марганца и цинка. Но при избытке азота наблюдается обратная закономерность. Избыточные дозы фосфора снижают поступление в растение меди, железа и марганца. В присутствии фосфатов уменьшается поглощение растениями цинка. Калий может снижать поступление кальция и магния.

Микроэлементы, в свою очередь, влияют на поступление в растения макроэлементов. Так, поступление азота в растения снижается при дефиците железа, марганца и цинка. Положительно влияют на поглощение азота молибден и кобальт. Поглощение растениями фосфора увеличивается при наличии меди, цинка, кальция и молибдена, но уменьшается под влиянием магния и железа. Поступление в растения калия снижается под влиянием меди, марганца, никеля, цинка, молибдена, железа и бора, а возрастает при наличии хлора.

Описанные явления антагонизма и синергизма ионов очень сильно зависят от других факторов – температуры, вида растений, реакции среды, концентрации питательных веществ.

Интенсивность поглощения питательных веществ растениями также сильно зависит от температуры окружающей среды. Оптимальной для этого является температура + 25 - + 30 °С. Если температура поднимается выше + 35 °С либо падает ниже + 10 - + 12 °С, поглощение питательных веществ растениями замедляется, а потом и вовсе приостанавливается до наступления благоприятных условий.

Общеизвестный факт – на одной и той же почве, при одинаковом содержании в ней макро- и микроэлементов растения разных видов чувствуют себя по-разному. Связано это с их неодинаковыми потребностями в элементах питания. Причем, эти потребности различаются даже в те или иные периоды развития одного и того же растения. Например, для питания проростка гораздо важнее резерв микроэлементов в семени, чем их содержание в почве. Но для всех растений и периодов их развития является справедливым правило незаменимости элементов, согласно которому ни один из питательных элементов не может быть заменен другим. Поэтому при недостатке любого макро- или микроэлемента нет смысла пытаться увеличить урожай за счет внесения других элементов. Отсюда же следует, что для успешного восполнения нехватки питательных веществ нужно точно знать, каких именно элементов недостаточно.

Особенно чувствительны к недостатку или избытку питательных элементов молодые растения. В то же время, есть элементы, которые более необходимы растениям именно на первых этапах развития. Например, это относится к фосфору. В фазе активного роста сначала растения больше нуждаются в азоте, но со временем происходит увеличение потребности в калии. В период образования бутонов и цветения особенно важны фосфор и азот, а также бор.

Разные виды сельскохозяйственных культур довольно сильно различаются по чувствительности к дефициту микроэлементов (см. таблицу).

Для практических целей также важным является показатель выноса питательных веществ с урожаем. Относительное содержание элементов минерального питания в основной и побочной продукции разных сельскохозяйственных культур определяется, прежде всего, их видовыми особенностями, а также от сорта и условий выращивания. В частности, капуста, картофель, сахарная свекла, подсолнечник, кормовые корнеплоды для создания более высокого урожая потребляют гораздо больше питательных веществ, чем зерновые. Вынос питательных веществ из почвы возрастает с увеличением урожая. Тем не менее, затраты питательных веществ на единицу продукции при этом уменьшаются.

Все перечисленные особенности следует учитывать, разрабатывая стратегию и текущие планы обеспечения растений в определенном хозяйстве питательными элементами. В то же время, необходимо помнить и о том, что урожай предназначен потребителям. А конечные потребители сельскохозяйственной продукции – люди. И, например, недостаток микроэлементов в плодах растений может отрицательно влиять на здоровье потребителей, как и избыток тех или иных веществ.

Какие химические элементы относят к микроэлементам и каковы их функции в организме человека?

Микроэлементы - содержатся в небольших количествах (в единицах мг и менее). К ним относятся:

Безусловно признанные микроэлементы - дефицит которых в питании вызывает конкретные проявления нарушения обмена веществ и клинические симптомы недостаточности у человека. Эти микроэлементы можно считать незаменимыми (эссенциальными) микронутриентами, потребность в которых в той или иной степени определена. Безусловно признаны железо, медь, марганец, цинк, кобальт, йод, фтор, хром, молибден и селен.

Условно признанные микроэлементы - те, дефицит которых в питании вызывал определенные нарушения у экспериментальных животных. У человека проявлений недостаточности этих микроэлементов пока не установлено, хотя исключить их нельзя. В настоящее время потребность в условно признанных микроэлементах является предположительной. Условно признаны ванадий, никель, стронций, кремний, бор.

Значение минеральных веществ для организма: чрезвычайно многообразно. Основные функции минеральных веществ:

пластическая функция, особенно в построении костной ткани;

регуляция водно-солевого обмена;

поддержание осмотическго давления в клетках и межклеточных жидкостях, что необходимо для передвижения между ними питательных веществ и продуктов обмена;

защитные функции (участие в иммунитете);

входят в состав или активируют действие ферментов, гормонов, витаминов и таким образом участвуют во всех видах обмена веществ;

участие в процессах кроветворения и свертывания крови - они не могут происходить без железа, меди, марганца, кальция и других минеральных элементов.

Нормальная функция нервной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и других систем невозможна без минеральных веществ.

Длительный дефицит или избыток минеральных веществ в организме ведет к различным нарушениям обмена веществ и заболеваниям.

Железо необходимо для нормального кроветворения и тканевого дыхания. Оно входит в состав гемоглобина эритроцитов, доставляющего кислород к органам и тканям, миоглобина мышц, ферментов, участвующих в переносе электронов по дыхательной цепи и окислительно-восстановительных процессах.

Йод. В организме здорового взрослого человека содержится около 15-20 мг йода, 80% из которых находится в щитовидной железе. Биологическое значение йода заключается в его участии в образовании гормонов щитовидной железы - тироксина (Т4) и трийодтиронина (ТЗ), которые соответственно на 65 и 59% состоят из йода.

Фтор вместе с кальцием и фосфором участвует в построении костей и зубов и обеспечивает их твердость и крепость. Недостаток фтора в воде и пищевых продуктах способствует развитию кариеса зубов и снижению прочности костей, избыток приводит к возникновению флюороза (поражение костей, крапчатости зубной эмали, хрупкости зубов). Особенностью фтора являются узкие верхние и нижние границы его положительного действия на организм. Если в питьевой воде содержится менее 0,5 мг фтора на 1 л (0,5 мг/л), может возникнуть кариес зубов, если более 1,5-2 мг/л (по некоторым данным, более 1,2 мг/л) - флюороз.

Цинк входит в состав более 200 ферментов, участвующих в самых различных реакциях обмена веществ. Он необходим для деятельности половых желез, гипофиза, надпочечников; является составной частью гормона поджелудочной железы - инсулина. Цинк обеспечивает нормальное кроветворение и костеобразование, поддержание иммунного статуса организма. Он способствует стабилизации клеточных мембран, является фактором антиоксидантной защиты.

Медь. В организме взрослого человека содержится около 150 мг меди, из которых 15-20 мг находятся в печени, а остальное - в других органах и тканях. Биологическая роль меди связана с ее участием в построении примерно 25 ферментов. Медь входит в состав цитохромоксидазы, моноаминоксидазы, тирозиназы, суперокси-дисмутазы и других жизненно важных ферментов. В составе белка церулоплазмина медь участвует в окислении катехоламинов, серотонина и других ароматических аминов, а также в окислении двухвалентного железа в трехвалентное, которое способно связываться с трансферрином и транспортироваться таким образом к органам и тканям. Медь считается кроветворным элементом, участвующим в образовании гемоглобина и эритроцитов.

Селен является одним из ключевых микронутриентов антиоксидантной системы организма. Он входит в состав глутатионпероксидаз и других ферментов. Селен и витамин Е считаются синергистами. Селен положительно влияет на иммунную систему, повышает устойчивость к радиоактивному облучению, участвует в поддержании функции щитовидной железы и репродуктивных органов. Для селена особенно характерна дозозависимость действия: с одной стороны, выявлены его токсичность и канцерогенность, с другой - терапевтическая активность и антиканцерогенность.

Хром. В организме человека присутствуют преимущественно соединения трехвалентного хрома. Соли шестивалентного хрома не имеют физиологического значения и, по некоторым данным, чрезвычайно токсичны для человека. В организме взрослого человека хрома содержится меньше, чем других микроэлементов (6-12 мг). Значительная часть хрома (до 2 мг) сконцентрирована в коже, а также в костях и мышцах. С возрастом содержание хрома в организме, в отличие от других микроэлементов, прогрессивно снижается.

Установлено значение для нормального обмена веществ и жизнедеятельности организма марганца, молибдена, кобальта и таких условно незаменимых микроэлементов, как кремний, ванадий, стронций, бор, никель. Содержание этих микроэлементов в пищевых продуктах, как правило, достаточное для обеспечения потребности организма. В связи с этим у человека (в отличие от некоторых животных, в том числе экспериментальных) практически не встречаются заболевания, обусловленные дефицитом этих микроэлементов.