Makroelementy i mikroelementy

Prawidłowe funkcjonowanie organizmu człowieka możliwe jest dzięki sprawnej współpracy białek, tłuszczów, wody, węglowodanów i witamin. Jednym z elementów ludzkiego ciała, bez którego życie byłoby niemożliwe, są składniki mineralne. W przyrodzie występują one najczęściej w postaci związków chemicznych lub w postaci jonów.

Składniki mineralne stanowią aż ok. 4% masy ciała. Na tę ilość składa się 46 składników, a 30 z nich uważa się za niezbędne do życia. Wśród nich wyróżniamy 12 makroelementów, czyli pierwiastków chemicznych występujących w organizmach żywych, niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania i rozwoju tych organizmów. Makroelementy to: wapń, fosfor, magnez, sód, potas, chlor, siarka, węgiel, wodór, tlen, azot, żelazo, magnez. Wyróżniamy 14 mikroelementów, czyli, pierwiastków chemicznych występujących w organizmach żywych w bardzo małych ilościach niezbędne są do prawidłowego funkcjonowania i rozwoju tych organizmów. Mikroelementy to: selen, jod, cynk, krzem, kobalt, brom, arsen, bor, nikiel, ołów, wanad, wolfram, cyna i molibden. Składniki mineralne w ciele człowieka uczestniczą niemal we wszystkich procesach przemiany materii. Biorą udział w transporcie składników odżywczych, w wytwarzaniu i odnowie jąder komórkowych, w syntezie niektórych witamin. Niezwykle ważna rola składników mineralnych polega na aktywowaniu procesów biochemicznych. Wspomagają one działalność enzymów - specjalnych białek, dzięki którym takie procesy zachodzą. Pełnią wtedy funkcję koenzymów - współpracują z enzymami i są niezbędne do "wykonania" jakiejś czynności. Bez nich enzymy białkowe są praktycznie martwe. Niektóre ze składników mineralnych pod postacią koenzymów albo jonów metali odgrywają niebagatelną rolę w układzie immunologicznym. Gdyby nie one, człowiek byłby bezbronny wobec działaniom bakterii, wirusów, wolnych rodników. Składniki mineralne przyjmujemy niemal wyłącznie z pożywieniem - organizm człowieka nie ma możliwości ich wytwarzania. Jeśli w naszej diecie zabraknie jakiegoś ważnego pierwiastka, prędzej czy później wystąpią objawy tego niedoboru - pogorszenie samopoczucia, rozmaite dolegliwości, choroby, a w skrajnych przypadkach nawet śmierć. W pokarmie pierwiastki występują pod postacią różnych związków chemicznych. Rozkład niektórych związków następuje już w żołądku, dzięki kwasowi żołądkowemu. Inne rozkładają się w jelitach, a że wiele składników mineralnych nie może samodzielnie - w przeciwieństwie do witamin - przeniknąć stamtąd do krwi, wykorzystują w tym celu białka transportowe, które im to umożliwiają. Następnie wraz z krwią docierają do komórek organizmu. Gdy pierwiastki znajdą się w miejscach docelowych, rozpoczynają wszechstronne działania. Wraz z innymi substancjami odpowiadają za stan i funkcjonowanie naszych narządów, układu kostnego, pracę mięśni (w tym najbardziej istotnego mięśnia: serca), wygląd skóry, włosów, paznokci. Wpływają też na stan układu nerwowego. Znaczenie składników mineralnych dla organizmu jest takie ważne również, dlatego, że mają one niezwykłą zdolność, chelatowania – czyli, tworzenia związków z innymi substancjami. Niektóre substancje biologiczne tylko w takiej postaci są przyswajane przez komórki, tkanki i narządy. Chelaty mają również inne niebagatelne znaczenie - dzięki nim zobojętniane są niektóre substancje toksyczne. Komórki nieustannie potrzebują związków chelatowych, by mogły w nich zachodzić prawidłowe reakcje. A zachodzi ich bardzo dużo - w każdej komórce 100 000 enzymów bierze udział w ponad milionie reakcji biochemicznych na minutę. Komórek nie można jednak oszukać i np. w przypadku niedoboru jakiegoś pierwiastka zastąpić go innym. Te składniki mineralne, które nie mają zdolności chelatowania i pozostają w organizmie w postaci organicznej, są na ogół szkodliwe lub tylko w niewielkim stopniu użyteczne.

Główne składniki pokarmów - Mikroelementy
Rola składników mineralnych w ustrojowej przemianie materii jest zdecydowanie szersza niż rola witamin. Składniki mineralne są niezbędne w ustroju dla celów budulcowych (szczególnie w tkance kostnej), wchodzą w skład płynów ustrojowych, niektórych enzymów , związków wysokoenergetycznych itp. Wywierają również wpływ na regulację czynności narządowych i ogólnoustrojowych. Szczególna rola składników mineralnych przypada w utrzymaniu warunków homeostazy (równowaga kwasowo-zasadowa, ciśnienie osmotyczne). Uwzględniając wyłącznie relacje ilościowe przyjęto dzielić składniki mineralne na makro- i mikroelementy. Do makroelementów niezbędnych w pożywieniu człowieka zalicza się składniki, na które zapotrzebowanie dzienne wynosi ponad 100 mg. Należą do nich: wapń, fosfor, magnez, sód, potas, chlor i siarka. Niektórzy zaliczają tu również żelazo, mimo znacznie niższego zapotrzebowania w porównaniu z wymienionymi wyżej pierwiastkami.
Lista niezbędnych w żywieniu mikroelementów (tzw. pierwiastków śladowych) nie jest dotychczas w pełni ustalona. Zaliczamy do nich: miedź, cynk, mangan, jod, fluor, kobalt, selen, molibden, chrom. Rozważa się nadal możliwość włączenia do tej listy następujących pierwiastków. niklu, cyny, wanadu, krzemu. O znaczeniu niektórych z wymienionych mikroelementów w fizjologii człowieka sądzić można tylko (jak dotychczas) na podstawie danych pośrednich.
Wapń
Dorosły człowiek o ciężarze 70 kg zawiera około 1200 g wapnia. Ponad 98% wapnia rozmieszczone jest w kościach, głównie w postaci krystalicznych odmian fosforanu wapnia. Wapń znajdujący się w kośćcu ulega ciągłej wymianie, której intensywność maleje z wiekiem. Ocenia się, że wymiana ta sięga w ciągu doby ponad 700 mg. W płynach ustrojowych jest wapnia stosunkowo mało i razem z tkankami miękkimi szacuje się jego ilość na około 10 g. Ta niewielka ilość spełnia jednak bardzo istotne i różnorodne funkcje. Wapń bierze udział w kontrolowaniu pobudliwości układu nerwowo-mięśniowego, czynności serca, krzepnięcia krwi itp. Wpływa na integralność substancji cementującej w przegrodach międzykomórkowych, co ma między innymi duże znaczenie dla stopnia przepuszczalności naczyń. Najbogatszymi źródłami wapnia są mleko i sery. Warto jednak pamiętać, że nawet w tzw. prawidłowych warunkach przyswajanie wapnia zawartego w pożywieniu sięga 20-30%. Obecne normy określają dzienne zapotrzebowanie na 800 mg. Dla wieku rozwojowego, dla kobiet ciężarnych i karmiących normy są wyższe o około 20%.
Fosfor
Fosfor obok wapnia stanowi główny składnik mineralny kości. Długotrwały niedobór fosforu w pożywieniu nie prowadzi do obniżenia zawartości tego składnika w innych tkankach, ponieważ jest on czerpany z kości. Fosfor stanowi część składową wielu związków o zasadniczym znaczeniu dla ustroju, jak: kwasy nukleinowe, ADP i ATP, fosfokreatyna, lecytyna i inne tłuszcze złożone. Szereg witamin z grupy B ulega uczynnieniu w wyniku połączenia z fosforanami. Niedobór fosforu w żywieniu ludzi jest zjawiskiem bardzo rzadkim. Z wyjątkiem mleka i serów w poszczególnych produktach spożywczych fosfor występuje w ilościach większych niż wapń. Uważa się zatem, że racja pokarmowa wystarczająca pod względem ilości wapnia zawiera także dostateczną ilość fosforu. Gospodarka fosforem i wapniem w ustroju jest pod wieloma względami ściśle ze sobą powiązana i dlatego postuluje się, że dla osób dorosłych stosunek wapnia do fosforu w spożywanej żywności winien być bliski 1:1.
Magnez
Około 3/4 magnezu ustrojowego znajduje się w kościach. Pozostała część występuje głównie w komórkach, gdzie magnez jest dominującym kationem (jonem dodatnim) obok potasu. Pełni istotną rolę w utrzymaniu potencjału elektrycznego błon komórek nerwowych i mięśniowych. Magnez spełnia także w ustroju rolę aktywatora szeregu enzymów. Niedobory magnezu u dzieci objawiają się w sposób podobny do tężyczki. Badania wykazały, że dieta uboga w magnez sprzyja rozwojowi zmian miażdżycowych. U ludzi zdarzają się niedobory magnezu, szczególnie u chorych, na cukrzycę oraz u alkoholików. Magnez jest dość rozpowszechniony w produktach spożywczych, szczególnie pochodzenia roślinnego: ciemne pieczywo, rośliny strączkowe, szpinak, kasze niepolerowane np. gryczana. Człowiek dorosły winien spożywać w żywności około 200-300 mg magnezu dziennie.
Sód, potas i chlor
Są to składniki o decydującym znaczeniu w gospodarce wodno-elektrolitowej ustroju. Sód stanowi główny kation płynu zewnątrzkomórkowego, a potas wewnątrzkomórkowego. Różnice w ich stężeniu po obu stronach błony komórkowej określają potencjał elektryczny i pobudliwość komórek, a także stanowią podstawę przewodnictwa nerwowego. Sód i potas odgrywają rolę w zachowaniu równowagi osmotycznej i objętości płynów ustrojowych; potas wpływa ponadto na funkcje enzymów komórkowych. Ponieważ pod wieloma względami sód jest antagonistą potasu, oba te składniki są w ustroju utrzymywane w pewnym określonym stosunku ilościowym. Zaburzenia w gospodarce sodowo-potasowej, a pośrednio w gospodarce chlorem, wskazują na niewydolność kory nadnerczy. Sód jest składnikiem wielu produktów spożywczych, ale głównym jego źródłem dla człowieka jest sól kuchenna, której spożycie u dorosłego człowieka powinno wynosić 6-8g dziennie. Potas jest szeroko rozpowszechniony w środkach żywnościowych pochodzenia roślinnego (zawierają one natomiast stosunkowo mało sodu). Organizm dorosłego człowieka winien otrzymać ok. 2,5g potasu dziennie. Najgroźniejsze dla zdrowia utraty potasu związane są z biegunkami, wielomoczem w cukrzycy , stosowaniem leków moczopędnych itp. Chlor jest najważniejszym anionem (jonem ujemnym) biorącym udział w gospodarce wodno-elektrolitowej w ustroju. Ponadto jest niezbędny do tworzenia kwasu solnego w żołądku. Działa również bakteriobójczo, przynajmniej na niektóre drobnoustroje. W chorobach, w których ogranicza się sól kuchenną w pożywieniu (niewydolność krążenia, choroby nerek), należy zapewnić inne źródła chloru.
Żelazo
Spośród wszystkich metali ciężkich pierwsze miejsce w gospodarce mineralnej zajmuje żelazo. Ilość żelaza w ustroju człowieka wynosi 3,5-5g, z czego około 70% znajduje się w hemoglobinie, 26% w ferrytynie i hemosyderynie. Tak więc prawie cała zawartość żelaza ustrojowego jest powiązana z białkami. Każda komórka zawiera drobne ilości żelaza, które są jej niezbędne w procesach oddychania. Gospodarka żelazem w ustroju jest bardzo oszczędna. W pożywieniu żelazo znajduje się przeważnie w postaci jonu trójwartościowego. Żelazo z pożywienia wchłaniane jest, wg różnych źródeł, w ilości 10-50%. Istnieje zgodność, że z produktów wegetariańskich takich jak żółtko jaj, melasa, suszone owoce, owsianka, suche nasiona roślin strączkowych, żelazo wchłania się znacznie lepiej niż z mięsa (z wyjątkiem wątroby i krwi). W produktach wegetariańskich żelazo jest bardzo rozpowszechnione, ale często stopień jego wchłaniania z tych produktów jest dość niski, gdyż żelazo wchodzące w skład związków z fosforem nie jest przyswajane przez ustrój. Podobnie nadmiar wapnia hamuje wchłanianie żelaza. Zapotrzebowanie na żelazo określono na 12 mg dziennie dodając, że kobiety w wieku rozrodczym winny tę normę przekraczać.
Siarka
Siarkę zalicza się do składników mineralnych, mimo, że ustrój wykorzystuje ją prawie całkowicie w postaci odpowiednich połączeń organicznych. Głównym źródłem siarki w pożywieniu są białka, w których występuje ona w ilości ok. 1%. Siarka wchodzi w skład kilku aminokwasów (cystyna, cysteina, metionina) oraz wielu innych związków o dużym znaczeniu biologicznym (glutation, koenzym A, insulina, tiamina itp.)
Miedź
W ustroju dorosłego człowieka ilość miedzi nie przekracza 150mg, z czego ó5mg znajduje się w mięśniach, 25mg w kościach, a 20mg w wątrobie. Wysokie stężenie miedzi w wątrobie, zwłaszcza u noworodków, wskazuje, że narząd ten stanowi magazyn tego pierwiastka. Zapasy miedzi zgromadzone w ostatnim okresie życia płodowego zużywane są w pierwszym okresie po urodzeniu, kiedy jedynym pokarmem jest mleko matki, zawierające bardzo mało miedzi. Miedzi u kobiet we krwi jest nieco więcej niż u mężczyzn. Bardzo wyraźny wzrost poziomu miedzi we krwi następuje w okresie ciąży. Średnio przyswajalność miedzi z produktów spożywczych wynosi około 50%. Jako normę spożycia przyjmuje się 1-2 mg na dobę dla człowieka dorosłego, a dla dzieci starszych 3-5 mg miedzi na dobę. Warto podkreślić, że tzw. dieta mleczna prowadzi do niedokrwistości nie tylko z powodu małej ilości żelaza, ale również, co zostało stwierdzone, z powodu niedostatku miedzi. Niedobory miedzi u ludzi zdarzają się rzadko, głównie u chorych na nerczycę.
Jod
Zawartość jodu w ustroju człowieka jest bardzo mała i wynosi 20-50 mg. Występuje on w postaci jodków, ale głównie w połączeniach organicznych. W tarczycy znajduje się 8-10 mg, co stanowi około 40% całego jodu ustroju. Jod występuje również w innych gruczołach dokrewnych, a także w mięśniach i skórze. Głównym źródłem jodu jest woda pitna oraz sól kamienna. Jod może być wchłaniany nie tylko przez przewód pokarmowy, ale również przez drogi oddechowe oraz skórę. Przyjmuje się, że dawka 120-150mg na dobę całkowicie wystarcza do pokrycia zapotrzebowania ustroju człowieka na każdym etapie jego rozwoju. Niedobory jodu ujawniają się ciężkimi chorobami, a nawet śmiercią. Niedobór jodu w żywieniu kobiet w ciąży może prowadzić do uszkodzenia płodu, a szczególnie wpłynąć na późniejszy niedorozwój umysłowy dzieci.
Fluor
Występuje w nieznacznych ilościach w różnych produktach spożywczych, ale głównym jego źródłem jest woda pitna. Przy naszych zwyczajach żywieniowych dobrym źródłem fluoru jest również herbata. Wiadomo, że brak fluoru w pokarmie powoduje zahamowanie wzrostu lub tempo wzrastania jest znacznie wolniejsze, pogarsza się również stanu uzębienia. Udowodniono, że przy poziomie ok. 1 mg fluoru na litr wody pitnej ulega zmniejszeniu zapadalność na próchnicę zębów. Fluor zawarty w wodzie pitnej przyswaja się bardzo dobrze. Jednakże również, szczególnie w dużych aglomeracjach przemysłowych, może następować znaczna emisja fluoru do otaczającego środowiska. Zwiększa się wówczas dostępność tego pierwiastka dla ustroju, zarówno na drodze oddechowej jak i pokarmowej łącznie, powodując zatrucia. Zatrucia fluorem mają charakter bardzo ostry, dochodzi do ślinotoku, mdłości, wymiotów, osłabienia mięśniowego i drgawek, ciśnienie krwi obniża się, a śmierć następuje wskutek porażenia oddechu. Dobrym źródłem fluoru jest herbata, kalafior, mąka pszenna, fasola, ziemniaki, buraki, marchew, cebula, szpinak, jabłka, mleko, masło, twaróg. Znane jest przeciwenzymatyczne działanie fluoru, powodowane łączeniem się fluoru z wapniem, magnezem, żelazem, cynkiem i miedzią. W ten sposób dochodzi do zahamowania działalności enzymów katalizowanych przez te pierwiastki.
Cynk
Cynk jest niezbędnym składnikiem dla roślin, zwierząt i człowieka. Wiadomo, że wchodzi w skład wielu metaloenzymów, niewyjaśniona jest jego rola i występowanie w kwasach nukleinowych. Stosunkowo dużo cynku znajduje się w kościach, ale cynk ten nie jest prawie wcale wykorzystywany przez ustrój. Objawy niedoboru cynku to: utrata apetytu i upośledzenie wzroku. Zmiany te są bardzo trwałe i trudne do leczenia. Warto podkreślić. że niedobory cynku w diecie doświadczalnej wywoływały te objawy bardzo szybko, co wskazywałoby na małe ilości w ustroju cynku biologicznie dostępnego. Na Bliskim Wschodzie, gdzie rejestrowano dość częste przypadki niedoboru cynku u ludzi, oprócz podanych wyżej objawów występował również niedorozwój gruczołów płciowych i karłowatość. Znana jest również rola cynku w gojeniu ran. Zapotrzebowanie człowieka na cynk jest ściśle określone na 10-12mg dziennie. Bardzo dobrym źródłem cynku jest ciemne pieczywo i kasze. Zawartość cynku w wodzie pitnej ,jest niewielka. Podobnie jak inne mikroelementy, cynk w większych dawkach wywołuje zatrucia.
Mangan
Mangan jest pierwiastkiem niezbędnym w zachowaniu prawidłowej struktury kości, procesach rozrodu, prawidłowej czynności ośrodkowego układu nerwowego, Wchodzi w skład niektórych enzymów. Bogatym źródłem tego pierwiastka są suche nasiona roślin strączkowych, orzechy, czarne jagody oraz mąka razowa. w mące białej występuje wprawdzie relatywnie mniej manganu, ale jest bardzo dobrze przyswajalny, Z obliczeń własnych wynika, że dieta zapewnia dziennie 5-7 mg manganu i jest to dawka w pełni wystarczająca dla ustroju człowieka.
Kobalt
Kobalt wchodzi w skład witaminy Bl2. Odgrywa dużą rolę w aktywacji niektórych enzymów, Gospodarka kobaltem nie jest jeszcze dobrze poznana. W diecie występuje około 5-8mg kobaltu dziennie i przypuszcza się, że ta ilość jest wystarczająca. Kobalt podawany doustnie w postaci metalicznej lub jako chlorek może być częściowo wchłonięty.
Molibden
Molibden stanowi integralną część grupy prostetycznej niektórych enzymów flawoproteidowych, a w szczególności oksydazy ksantynowej. W diecie występuje w ilości 200-500mg i jest to ilość optymalna dla
ustroju człowieka. Najbogatszym źródłem molibdenu są suche nasiona roślin strączkowych. Molibden dobrze wchłania się w przewodzie pokarmowym.
Chrom
Chrom jest pierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego metabolizmu glukozy. Prawdopodobnie spełnia również rolę kofaktora insuliny. U człowieka mogą występować stany niedoboru chromu i tylko dieta wegetariańska zapewnia właściwy (wg obecnej wiedzy) poziom tego pierwiastka dla ustroju człowieka.
Selen
Selen jest pierwiastkiem, którego niezbędność została ostatnio potwierdzona, choć jego rola w ustroju ludzkim nie jest dostatecznie poznana, być móc ustalić dzienne zapotrzebowanie.
Wiadomo, że wysokie dawki tego mikroelementu są toksyczne.
Wanad
Rola wanadu nie jest bliżej znana. Wiadomo, że sałata, czosnek, rzodkiewki, pietruszka są bardzo dobrym źródłem tego pierwiastka.
Woda
Stanowi niezbędny do życia składnik pokarmowy. Jedynie brak tlenu może stanowić większe zagrożenie dla życia człowieka. Utrata już 10% wody z ustroju jest groźna, a 20% pociąga za sobą fatalne skutki. Tkanki naszego ustroju, zawierają dużo wody, która nadaje im kształt i konsystencję. Człowiek ważący 70 kg zawiera 46 litrów wody, z czego 3 litry przypada na osocze krwi, 14 - na płyn międzykomórkowy i 29 - na płyn śródkomórkowy. w tkankach woda związana jest z koloidami komórek. Mięśnie zawierają około 75% wody, krew 82%, nerki 81%, płuca 78%, wątroba 74%, mózg 76%, śledziona 77%, kości 46%. Przeciętnie spożywamy około 1-1,5 litra płynów dziennie, nieraz więcej, gdy zapotrzebowanie wzrasta w czasie upału, podczas pracy fizycznej.