Глава 9. Нормирование d-элементов в пищевых рационах: марганец, хром и молибден

Среди биоэлементов побочной подгруппы, или переходных металлов, или d-элементов есть такие, физиологическая потребность для которых установлена сравнительно недавно. К ним можно отнести биоэлементы марганец (М n), хром (Cr) и молибден (Мо).

Изменения в образе жизни современного человека, проявляющиеся в снижении энергозатрат и одновре­менно уменьшенном потреблении крупяных изделий, бобовых, молочных продуктов при избытке рафинированных продуктов, жиров, простых углеводов, привели к широкому распространению недостаточнос­ти витаминов и биоэлементов во взрослой и детской популяции [1].  В настоящее время, по данным Росстата, в нашей стране 73,2% мужчин и 84,9% женщин имеют одно или несколько заболеваний, связанных с питанием [2].

В организме человека и животных биоэлемент марганец присутствует преимущественно в виде ионов Mn²⁺ или в виде его комплексов с белками. Хотя эти комплексы из-за большого радиуса катиона марганца и его жёсткости обычно мало устойчивы, они способствуют активации большого числа ферментов. Активирующее действие Mn²⁺ открыл в 1897 году Т. Бертран, изучая свойства лактазы, отщепляющей нередуцирующие концевые остатки в β-галактозидах [3].

Марганец является активатором аденилилциклазы, глутаминсинтетазы, катехол-О-метилтрансферазы, РНК-полимеразы и др. Эти ферменты включаются в метаболизм аминокислот, углеводов, катехоламинов. Известно, что Mn²⁺ активирует ревертазу (обратную транскриптазу) онковирусов, причем в большей степени, чем Mg²⁺ [3].

Марганец активирует также глюкокиназу, гексокиназу, фосфатазы и ряд реакций гликолиза и цикла трикарбоновых кислот. Он усиливает процессы роста, кроветворения, биосинтез нуклеиновых кислот, белков, холестерина, антител.

Марганец является составной частью некоторых металлоэнзимов, таких как аргиназа, глутамилтрансфераза, дипептидазы, изоцитратдегидрогеназа, декарбоксилаза и др. Входит в состав митохондриальной супероксиддисмутазы, пируваткарбоксилазы, аргиназы. Марганец необходим для синтеза холестерина и нуклеотидов. Участвует в синтезе гликопротеинов, протеогликанов, ганглиозидов, тем самым способствует образованию костной и соединительной ткани. 

В 30% случаев у детей со склонностью к судорогам Mn в крови понижен. Это характерно и для взрослых, страдающих эпилепсией.

Регуляторное действие марганца проявляется на уровне гормонов передней доли гипофиза, андрогенов и инсулина. Поэтому недостаточное потребление сопровождается замедлением роста, нарушениями в репродуктивной системе, повышенной хрупкостью костной ткани, нарушениями углеводного и липидного обмена [3].

Гипоэлементоз в первую очередь отражается на формировании скелета. При недостатке марганца нарушаются процессы окостенения во всем скелете, трубчатые кости утолщаются и укорачиваются, суставы деформируются. Его включение вместе с кальцием в диету улучшает минеральную плотность костей. Марганец, наряду с медью и др. нутриентами улучшает всасывание в ЖКТ железа [4, 5].

  Дефицит марганца встречается крайне редко, например, у беременных женщин при крайне скудном или однообразном питании. В этом случае возможны врождённые дефекты костного мозга у ребёнка.

Необходимое количество этого биоэлемента для взрослого человека примерно в 100 раз выше (табл. 1), чем микроэлементов хрома или модибдена, и, с учётом действительного значения латинских приставок, его можно отнести к миллиэлементам [5 6].

Среднее потребление марганца взрослого человека составляет 1-10 мг/сут. Установленные уровни потребности 2-5 мг/сут. Верхний допустимый уровень потребления 5 мг/сут. [5] Как видно из приведённых официальных данных нет никаких оснований обогащать функциональные пищевые продукты этим биоэлементом.

 

Таблица 9.1. – Физиологическая потребность человека в биоэлементах

Биоэлемент	Физиологическая потребность для взрослых	Классификация с учетом латинских названий приставок
Марганец	2 мг/сут.	миллиэлемент первого порядка
Хром	50 мкг/сут	микроэлемент второго порядка
Молибден	70 мкг/сут	микроэлемент второго порядка

Необходимо знать, что среди природных источников, содержащих биоэлемент марганец в достаточно большом количестве: злаковые (пшеница, особенно проростки, овёс), листовые овощи (например, петрушка), говяжья и свиная печень, орехи, фасоль, бананы, красная смородина, сахарная свёкла и др. [7].

Исключительно богат марганцем чай и кофе. Одна чашка чая может содержать до 1,3 мг этого миллиэлемента. Однако усвоение марганца составляет всего 10-20 %. Хотя, кофеин и дубильные вещества, содержащийся в чае, препятствует усвоению некоторых других биоэлементов (железа, кальция, магния), считается, что те, кто выпивает шесть или больше чашек в день чая, получают достаточную дозу марганца [8].

Считается, что марганец из биологически активных добавок и питьевой воды усваиваются организмом в большей степени, чем из пищевых продуктов [12].

Интересно, что обнаружен ряд достоверных (p<0,001) половых отличий, подчиняющихся в большинстве основному принципу половой дифференцировки. В волосах мужчин по сравнению с лицами женского пола достоверно меньшим оказалось содержание биоэлемента Mn [9].

Показано, что использование в составе специализированного продукта минерального премикса (железо, цинк, медь, марганец, хром, селен, йод, молибден), наряду с модифицированием углеводного профиля сопровождается улучшением показателей гликемического контроля у больных сахарным диабетом 2 типа [10].

Важная особенность иона Mn²⁺ – универсализм, он может выполнять каталитическую функцию подобно Сu²⁺, Zn²⁺, в то же время действовать подобно Mg²⁺, Ca²⁺.

Ионы прочнее Mn³⁺ связываются с белками, чем Mn²⁺ причём преимущественно с кислородными донорными группами [11], поэтому входят в состав типичных металлопротеинов, например: трансферина (совместно с Fe³⁺), супероксиддисмутазы, кислотной фосфатазы.

Несмотря на широкий спектр биогенных функций марганца в настоящее время вопрос об обогащении этим элементом функциональных продуктов не ставится.

Верхний уровень его допустимого потребления для взрослого человека составляет всего 11 мг в сутки, В повышенных количествах марганец проявляет нейротоксические свойства [12].

Чаше ставится вопрос об обогащении функциональных кормовых продуктах этим биоэлементом, особенно в местностях биохимических провинций, почвы которых бедны марганцем. В частности, марганец оказывает благоприятное влияние на рост и развитие молодняка сельскохозяйственных животных. При его недостатке развивается хромота. Он играет значительную роль в процессах размножения животных [13]. Следует подчеркнуть неоднозначность для животных минимальных и оптимальных доз марганца. Так, у кур-несушек хорошее состояние здоровья и высокая яйценоскость достигаются при уровне марганца в рационе 30—35 мг/кг. Качество же скорлупы яиц наилучшее при содержании его 50—60 мг/кг. Для обеспечения нормального роста телок достаточна доза марганца 10—15 мг/кг сухого вещества. Нормальная же воспроизводительная функция осуществляется при дозах 30 мг/кг и более [14].

Другой биоэлемент - хром участвует в регуляции уровня глюкозы крови, усиливая действие инсулина. Среднее потребление 25-160 мкг/сут. Установленные уровни потребности 30-100 мкг/сут. Верхний допустимый уровень потребления не установлен. Физиологическая потребность для детей от 11 до 35 мкг/сут. (введена впервые в 2008 году [3, 5]).

Биоусвояемость хрома из неорганических соединений в желудочно-кишечном канале невысока, всего 0,5-1,0%, однако она возрастает до 20-25%, по некоторым данным до 40%, при поступлении хрома в виде комплексных соединений (пиколинаты, аспарагинаты). Хорошие пищевые источники хрома: желтки яиц, крупы из цельного зерна,

Биологическая роль хрома связана с усилением действия инсулина. Ион Cr³⁺ в составе низкомолекулярного комплекса облегчает взаимодействие инсулина с клеточными рецепторами. В результате потребность организма в инсулине уменьшается. Инсулин влияет не только на углеводный, но также на липидный, белковый и минеральный обменные процессы. Поэтому роль хрома важна во всех процессах, контролируемых этим гормоном.

Дефицит хрома считался редким явлением [12]. Он описан лишь у особенно плохо питающихся людей в экономически бедных странах в сочетании с дефицитом белка и у людей, получавших парентеральное питание, не содержащее хрома. В обоих случаях отмечалось ухудшение утилизации глюкозы, снижение эффективности инсулина, вводимого для нормализации повышенного уровня глюкозы. Назначение 250 мкг способствовало устранению этих симптомов [12].

Препарат хрома (пиколинат Cr³⁺ и др.) назначают современные диетологи людям для преодоления «углеводной зависимости», когда организм в течение длительного времени получает углеводную пищу, существенно превышающую по количеству индивидуальную норму [13].

Только трехвалентный хром проявляет биологическую активность. Шестивалентный хром усваивается в 3-5 раз лучше, чем трехвалентный, однако этот сильный окислитель высокотоксичен. В тканях окисления трехвалентного хрома в шестивалентный не происходит.

Требования к содержанию хрома в пище животных еще слишком мало изучены.

Микроэлемент молибден хорошо всасывается как из продуктов питания, так и из большинства своих неорганических соединений. Является кофактором многих ферментов, обеспечивающих метаболизм серосодержащих аминокислот, пуринов и пиримидинов. Среднее потребление взрослого человека 44-500 мкг/сут. Установленные уровни потребности 45-100 мкг/сут. Верхний допустимый уровень потребления 600 мкг/сут.

Молибденовый кофермент - это низкомолекулярный комплекс небелковой природы, который входит в состав ряда ферментов. Три таких фермента встречаются в животном организме. Это альдегидоксидаза, ксантиноксидаза и сульфитоксидаза.

Альдегидоксидаза катализирует окисление альдегидов до соответствующих кислот [14], а также принимает участие в реакциях катаболизма пиримидинов и биотрансформации ксенобиотиков. Именно со способностью альдегидоксидазы катализировать окисление в организме канцерогенных ксенобиотиков связывают предполагаемую антираковую активность молибдена.

Ксантиноксидаза катализирует окисление ксантина, гипоксантина и альдегидов с поглощением кислорода и образованием соответственно мочевой кислоты, ксантина или карбоновых кислот и супероксидных радикалов. Она является важным ферментом обмена пуринов, катализирующим реакцию, завершающую образование мочевой кислоты в организме человека и животных. Сульфитоксидаза участвует в метаболизме серосодержащих аминокислот – цистеина и метионина и превращает сульфит в сульфат.

Пищевые источники молибдена: цельнозерновые, греча, яйца, бобовые.

Избыток молибдена вызывает повышенную активность ксантиноксидазы,

интенсификацию пуринового обмена и увеличение уровня мочевой кислоты с выделением которой не справляются почки. В результате этого мочевая кислота и ее соли откладываются в сухожилиях и суставах, что приводит к возникновению подагры [10].

В практике кормления животных бóльшую опасность представляет не дефицит молибдена в рационе, а его избыток. Если соотношение меди к молибдену ниже, чем 3:1, то такой рацион необходимо обогащать медью [15].

Таким образом, несмотря на доказанную нутриционную ценность биоэлементов марганца, хрома и молибдена специально обогащать ими функциональные пищевые продукты, предназначенные для широкого круга потребителей нет никаких оснований. В отношении функциональных продуктов, предназначенных для кормления сельскохозяйственных животных, может быть принято аналогичное положительное решение в случае установленного гипоэлементоза.

Литература по ГЛАВЕ 9

1. Коденцова В.М., Вржесинская  О.А., и др. Обеспе­ченность населения России микронутриентами и возможности ее коррекции. // Вопр. питания. - 2017. - № 4. - С. 113-124.

2. Рацион питания населения: статистический сборник / Росстат. М.: Статистика России. 2016. 220 с.

3. Полянская И.С., Тераевич А.С., Новокшанова А.Л., Забегалова Г.Н. Нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические основы разработки и производства продуктов с пробиотиками. ИЦ ВГМХА. 2013.  200 с.

4. Пузин С. Н., Погожева А. В., Потапов В. Н. Оптимизация питания пожилых людей как средство профилактики преждевременного старения // Вопр. питания. - 2018. - Т. 87. - № 4.- С. 69-77.

5. МР 2.3.1.2432-08 Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации.

6. Полянская И.С. Новая классификация биоэлементов в биоэлементологии // Молочнохозяйственный вестник. - 2014. -№ 1 (13). - С. 34-42.

7. Доценко А.В.. Островская Е.А. Питание при беременности. – СПб.: Нева. – 2004. – 128с.

8. Эрл Л. Витамины и минералы. М.: Диалог. – 110 c.

9. Луговая Е.А.,  Степанова Е.М. Оценка нутриентной обеспеченности жителей Севера с учетом содержания макро- и микроэлементов в пищевых продуктах // Вопр. питания. - 2015. - № 2. - С. 44-52.

10. Кочеткова А. А., Воробьева И. С. И др. Специализированные пищевые продукты с модифицированным углеводным профилем для диетической коррекции рациона больных сахарным диабетом // Вопр. питания. - 2018. - № 6. - С. 76-88.

11. Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого: Учебник для вузов. – СПб: Химиздат, 2005. – 784 с.

12. Спиричев В.В., Шатнюк А.Н., Позняковский В.М. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минералами. Наука и технология. – Новосибирск: Сиб. унив. – 2004.- 548 с.

13. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Ред. А.П. Калашникова и др. Министерство сельского хозяйства РФ. М.: – 2003. 456 с.

14. Влияние недостатка или избытка марганца [Электронный ресурс] // Агроархив. -http://agro-archive.ru/mineralnoe-pitanie/520-vliyanie-nedostatka-ili- (дата обращения: 19.01.2020).

15. Справочник химика 21 [Электронный ресурс]http://chem21.info/info/611324/ (дата обращения: 19.01.2020).

16. Тераевич А.С., Полянская И.С., Серебряков И.А. Обогащение биоэлементами группы цинка и меди рационов КРС // Science Time. 2016. - № 1 (25). - С. 491-495.

17. Десять приложений для здорового питания [Электронный ресурс] https://womo.ua/est-po-trafiku-10-prilozheniy-dlya-zdorovogo-pitaniya/ (дата обращения: 19.01.2020).

Тесты, творческие вопросы и задания по ГЛАВЕ 9