В состав каждого растительного и животного организма входят все известные химические элементы и их изотопы. Они являются неотъемлемой частью жидкостей, тканей и костей организма человека. Применение микроэлементов повышает лечебные свойства витаминов и позволяет уменьшать их дозы. Девять химических элементов — углерод, водород, кислород, фосфор, калий, кальций, магний, серебро и железо — составляют около 99% живого веса растений, человека и животных и называются макроэлементами. Остальные химические элементы составляют по весу 1—2%. Такие элементы, как кобальт, йод, марганец, цинк, медь, бор, молибден, мышьяк и др., содержащиеся в организме в тысячных и стотысячных долях процента, получили название микроэлементов. Элементы, содержание которых в организме измеряется в миллионных и миллиардных долях процента, называются ультрамикроэлементами. К последним относятся радий, уран, торий, лантан, самарий и др. Микроэлементы и ультрамикроэлементы входят в состав организма в ничтожно малых количествах, но они являются необходимой составной частью организма и их физиологическая роль равноценна роли макроэлементов.
Для нормальной жизнедеятельности организма и обмена веществ все микроэлементы необходимы в весьма малых, так называемых биотических, дозах.
Недостаточное или избыточное поступление микроэлементов может вызвать те или иные патологические изменения в организме, в некоторых слу чаях опасные для жизни. Так, недостаточное содержание фтора в питьевой воде (менее 0,5 мг/л) способствует возникновению кариеса зубов, при избытке фтора в питьевой воде (выше 1,2 мг/л) образуется крапчатость зубной эмали и разрушение зубов. Недостаток кобальта в питании ведет к развитию малокровия, а высокие дозировки его токсичны и вызывают отравление.
Ряд исследователей отметили, что микроэлементы или их комплексы, содержащиеся в природных растительных веществах, обычно не вызывают побочных токсических действий даже при их избытке.
В тканях и органах человека происходит избирательное накопление некоторых микроэлементов: например, кадмий накапливается в почках, цинк, никель — в поджелудочной железе, литий, тяжелые металлы преимущественно концентрируются в форменных элементах крови, тогда как алюминий и кремний находятся главным образом в плазме крови, в сыворотке же из белковых фракций наиболее богат микроэлементами гамма-глобулин. При изучении желез внутренней секреции кобальт был обнаружен преимущественно в гипофизе, висмут — в поджелудочной и щитовидной железах. Отделы мозга, различные по своему морфологическому строению и физиологическим функциям, концентрируют также неодинаковые количества микроэлементов (меди, марганца, кремния, титана, алюминия и др.). В некоторых отделах серого вещества коры головного мозга был обнаружен молибден, в хвостовом теле избирательно концентрируется хром, а зрительный бугор богат ванадием и титаном. Висмут же содержится только в красном ядре.
Наличие многочисленных микроэлементов в организме и концентрация их в определенных органах и тканях не случайны, а связаны с их биологической ролью в процессах жизнедеятельности организма.
В ядрах нервных клеток коры головного мозга представлено большое количество микроэлементов, некоторые из них равномерно распределены в мозге, другие же, как указывалось выше, избирательно концентрируются в различных отделах коры и подкорковых узлах, причем их количество и биохимический характер соединений подвергаются возрастным изменениям.
Как правило, радиоактивные элементы концентрируются в определенных органах. Так, мозг человека содержит большее количество радия, чем другие органы, а у растений они накапливаются в корневой системе.
В числе ультрамикроэлементов в состав всех организмов входят естественные радиактивные элементы.
Экспериментальные данные показывают их положительное действие на организм человека в небольших количествах. При недостатке их нарушается обмен веществ, понижается жизнедеятельность отдельных органов, клеток и тканей. Заболевания, возникающие в результате этого, можно лечить только введением в организм недостающего количества радиоэлементов. Внешнее воздействие радиоактивного излучения при таких заболеваниях малоэффективно. Вопрос о том, какое физиологическое действие оказывают естественные радиоэлементы, пока еще не решен (А. А. Добряков, 1963).
Каждый химический элемент выполняет определенную физиологическую роль, и отдельные элементы друг друга не заменяют. Химические элементы входят в состав и участвуют в образовании витаминов, ферментов, гормонов и других веществ, регулирующих биохимические процессы. Таким образом, все процессы обмена веществ в организме, включая внутриклеточный, совершаются при обязательном участии определенных химических элементов. Так, например, марганец необходим для образования витамина С, а кобальт — витамина B12. Для построения ферментов нужны цинк, медь, молибден, хром, кобальт. Кобальт входит в состав гормона поджелудочной железы — инсулина, который регулирует углеводный обмен в организме; медь стимулирует выработку гормонов гипофиза; йод — структурный компонент гормона щитовидной железы; цинк;— составная часть гормона поджелудочной железы.
Медь принимает активное участие в обмене веществ, в процессах тканевого дыхания и особенно в "процессах образования крови вместе с железом, кобальтом, марганцем.
При изучении динамики некоторых микроэлементов (медь, марганец, алюминий, кремний, титан и др.) в изолированных ядрах нервных клеток, в мозге при состоянии возбуждения и торможения установлено, что эти процессы сопровождаются определенными сдвигами содержания микроэлементов в головном мозге. В опытах на белых крысах оказалось, например, что в результате некоторых судорожных состояний значительно снижается содержание меди. При процессах возбуждения и торможения обнаруживаются изменения содержания микроэлементов в крови.
Микроэлементы могут иметь немалое значение в патогенезе некоторых заболеваний. Так, например, вскрыта определенная закономерность между ростом опухолей и содержанием микроэлементов в них, намечена связь между лейкозом и содержанием бария в кроветворных органах, а при исследовании плотного остатка питьевой воды и мочевых камней больных установлено, что основное количество микроэлементов, содержащихся в питьевой воде определенной местности, находится и в мочевых камнях. Это обстоятельство еще раз подтверждает значение водного фактора как внешней среды в возникновении мочекаменной болезни. Таким образом изучена и йодная недостаточность при возникновении эндемического зоба в некоторых областях страны.
Биологическая роль многих элементов еще не изучена или изучена недостаточно. В цифрах суточной потребности, рекомендуемой различными авторами, имеются значительные расхождения (И. Г. Приев, 1964). В связи с этим, а также учитывая, что по вопросам роли микроэлементов в обмене веществ и других жизненно важных процессах имеется специальная и обширная литература, характеристика отдельных микроэлементов в настоящей работе не приводится.