Микроэлементный гомеостаз — это частная форма общей гомеостатичес­кой системы организма, состояние которой отражает состояние гомеостаза организма в целом. Все живые организмы на 99% состоят из 12 наиболее распространенных «лёгких» элементов, расположенных в начале перио­дической системы элементов Д.И. Менделеева. Это «структурные элементы» или «макро­элементы». В значительно меньших количествах, во всех организмах находится небольшое количество (менее 0,3%) более тяжелых элементов, которые услов­но подразделяются на микроэлементы (МЭ) и ультрамикроэлементы [1,2] (Таблица 1).

Таблица  1. Среднее содержание минеральных элементов в организ­ме (Авцын с соавт., 1991) [2]

 % массы тела Элементы Группа
1—9 0,1—0,9 0,01—0,09 Са, Р, К, Na, S, Cl, Mg Макроэлементы
0,001—0,0090,0001—0,0009

0,00001—0,00009

 Fe, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Br, Si, Cs, J, Mn, Al, Pb, Cd, B, Rb Микроэлементы
0,000001—0,000009 Se, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ti, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Sc, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh Ультра­микроэлементы

В организме человека было установлено присутствие 81 элемента. При этом 15 из них (железо (Fe), йод (I), медь (Cu), цинк (Zn), кобальт (Co), хром (Cr), молибден (Mo), никель (Ni), ванадий (V), селен (Se), марганец (Mn), мышьяк (As), фтор (F), кремний (Si), литий (Li)) признаны эссенциальными, т.е. жизненно необходимыми. Железо, медь, марганец, йод, цинк, хром, селен, молибден и кобальт, кроме того, выполняют каталитическую и регуляторную функции, учас­твуют во всех видах обмена веществ [1].

Распределение МЭ в органах и жидкостях человека неравномерно. Мышь­як, сурьма, барий, бериллий, висмут, бор, свинец, таллий, имеющие репутацию токсичных, содержатся в органах и тканях организма человека в малых количес­твах. Ряд микроэлементов присутствуют в отдельных органах в относительно больших количествах, хотя их биологическая роль практически неизвестна. В частности, необъяснимо высоко содержание золота в головном мозге и в почках (2,54 мкмоль/кг сухой массы), высоко содержание бора в почках (46,2 мкмоль/ кг) и в печени (44,4 мкмоль/кг). Содержание олова также необычно высоко в го­ловном мозге (16,8 мкмоль/кг), превышая на порядок соответствующие показа­тели в сердце и почках [2].

Гомеостаз всех микроэлементов в значительной степени связан с го­меостазом четырех ионов: натрия, калия, кальция и магния . Дело в том, что эти четыре иона являются основными электролитами клетки [3]. Потоки ионов Na+, K+, Ca2+ и Mg2+ через клеточную мембра­ну неразрывно взаимосвязаны с энергетическим метаболизмом клетки, необходимы для передачи сигнала вдоль аксонов, поддержания нужного уровня осмотического давления и, в целом, составляют основу ионного обмена клетки. Специальные молекулы трансмембранных Na+/K+-каналов и Ca2+/Mg2+-каналов регулируют потоки этих элементов внутрь и наружу клетки. №+/К+-каналы могут также транспортировать одновалентные ионы микроэлементов (такие как Li+, Ag+ и др.), а Ca2+/Mg2+-каналы также могут транспортировать двухвалентные ионы (Mn2+, Zn2+, Co2+, Fe2+, Cu2+ и многих других, Рис. 1).

Рис. 1. Электролитный «крест» микроэлементного гомеостаза. Два основных полярных процесса, баланс натрий — калий и баланс маг­ний — кальций, регулируют уровни большинства микроэлементов.

Таким образом,  гомеостаз микроэлементов взаимосвязан с потоками Na+, K+, Ca2+ и Mg2+ — четырех основных электролитов клетки. Соответственно, уровни этих электролитов являются одними из самых важных элементных биомаркёров состояния пациентов. Информация об уровнях микроэлементов позволяет уточнять нарушения электролитного баланса, что важно для выяснения наиболее существенных рисков конкретного пациента и разработки индивидуальных курсов фармакотерапии.

Литература

  1. Торшин И.Ю., Громова О.А. Экспертный анализ данных в молекулярной фармакологии. М., МЦНМО, 2012. 748 с. ISBN 978-5-4439-0051-3.
  2. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. (1991) Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. — М.: Медицина, 496 с.
  3. Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, New York: Garland Science; 2002. ISBN-10: 0-8153-3218-1, ISBN-10: 0-8153-4072-9