Pierwiastki biogenne

Pierwiastki biogenne w organizmie człowieka

Oczywistym faktem jest, że duże znaczenie ma nie tylko dostarczana przez nas ilość, ale również jakość biopierwiastków. Warto wiedzieć, że wchodzą one w skład m.in. tkanki kostnej, płynów ustrojowych, niektórych enzymów oraz związków wysokoenergetycznych, a także regulują czynności narządowe i ogólnoustrojowe.

Najbardziej korzystne jakościowo dla ludzi są te  pierwiastki, które organizm pozyskuje bezpośrednio w sposób naturalny i te spożyte w postaci pokarmów niskoprzetworzonych. Zazwyczaj są one w postaci płynów, naparów z ziół leczniczych, surowych warzyw oraz owoców, czy też nasion. W takich postaciach, biopierwiastki są najłatwiej przyswajalne, a jednocześnie praktycznie niemożliwe do przedawkowania.

W porównaniu do naturalnych źródeł przyjmowanie tych pierwiastków w postaci syntetycznych leków czy suplementów powoduje ich znacznie mniejszą przyswajalność, a także niejednokrotnie problemy z tolerancją. Ponadto niewłaściwie ich stosowanie może doprowadzić do przedawkowania, a w konsekwencji do pogorszenia stanu zdrowia. Dzieje się tak, ponieważ nie tylko niedobór biopierwiastków, ale również ich nadmiar niesie za sobą poważne konsekwencje i zmiany w funkcjach fizjologicznych. Każda z tych sytuacji – nadmiar oraz niedomiar pierwiastków biogennych – prowadzą do dysfunkcji organizmu, czyli choroby.

Biogeny

Wszystkie niezbędne do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania organizmów żywych pierwiastki nazywamy biogenami. Kluczowe są te, które wchodzą w skład białek, kwasów nukleinowych oraz wielu związków organicznych, tworzących wszystkie organizmy. Należą do nich: węgiel, wodór, azot oraz tlen. Jest jednak o wiele więcej ważnych biopierwiastków, na przykład:

• Fosfor, który w postaci utlenionej tworzy związki występujące w kwasach nukleinowych, a także tworzy system energetyczny komórki.
• Siarka, która stanowi jeden ze składników budulcowych dwóch ważnych dla organizmów aminokwasów – cystyny oraz metioniny. Ponadto oddziaływania między grupami –SH tych aminokwasów w postaci mostków disiarczkowych pozwala na utrzymanie trzeciorzędowej struktury białek.

Biopierwiastki ze względu na ilość w jakiej występują w organizmach żywych, możemy podzielić na trzy grupy – mikroelementy, makroelementy oraz ultraelementy.

Makroelementy

To biopierwiastki, które są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmów i występują w stosunkowo dużych ilościach. Tym mianem na ogół określa się pierwiastki, których dobowe zapotrzebowanie człowieka w diecie wynosi więcej niż 100 mg na dobę, aby rozwój przebiegał prawidłowo. Szacuje się, że stanowią one nie mniej niż 0,1% masy człowieka, a ich rozkład procentowy powinien wynosić około: 65,04% tlenu (O), 18,25% węgla (C), 10,05% wodoru (H), 2,65% azotu (N), 1,4% wapnia (Ca), 0,81% fosforu (P), 0,27% potasu (K), 0,26% sodu (Na), 0,25% chloru (Cl) oraz 0,21% siarki (S). Ta grupa składników chemicznych w roślinach stanowi ponad 0,1% suchej masy.

W przypadku ich niedoboru następuje zaburzenie funkcji życiowych oraz obumieranie roślin. W organizmach ludzkich są to pierwiastki, które wchodzą w skład kluczowych związków organicznych, takich jak białka, lipidy oraz węglowodany. Makroelementy po spożyciu zostają uwolnione w przewodzie pokarmowym, następnie w postaci jonów przedostają się do krwioobiegu, skąd są transportowane do wszystkich komórek oraz tkanek.

Na ich biodostępność wpływają różne czynniki, na przykład obecność witamin czy pH środowiska. Niekorzystne dla wchłaniania się makroskładników są natomiast takie związki jak kwas szczawiowy, fityniany czy nadmierne ilości błonnika pokarmowego oraz tłuszczów.

Występowanie, rola i skutki nieprawidłowych ilości wybranych makroelementów w organizmie ludzkim

1. Azot stanowi element grupy aminowej aminokwasów tworzących białka, jest obecny w pierścieniach puryn i pirymidyn wchodzących w skład kwasów nukleinowych, a także jest składnikiem licznych barwników, auksyn, alkaloidów oraz witamin. W organizmach ludzkich niedobór azotu wpływa na zaburzenia metabolizmu i ogólnych funkcji życiowych.
2. Wapń jest podstawowym składnikiem budulcowym kości, aktywatorem enzymów, czynnikiem odpowiedzialnym za krzepnięcie krwi oraz regulatorem pobudliwości komórek tkanek nerwowych i mięśniowych. W przypadku niedoborów tego pierwiastka, bardzo często występują objawy nieprawidłowego rozwoju oraz funkcjonowania układu kostnego – takie jak podwyższona łamliwość kości czy też osteoporoza. Ponadto u osób z obniżoną zawartością wapnia obserwuje się występowanie próchnicy zębów, paradontozy, zaburzenia krzepliwości krwi, a nawet stanu patofizjologicznego nazywanego tężyczką, który charakteryzuje się nadmiernymi skurczami mięśni. Na szybką utratę wapnia wpływają między innymi nadmiar soli, duże spożycie kofeiny oraz alkohol. Nadmiar tego bioelementu może prowadzić do powstawania kamieni nerkowych.
3. Potas to składnik odpowiedzialny za wiele funkcji w organizmie. Jest regulatorem ciśnienia osmotycznego komórki oraz regulatorem intensywności transpiracji. Jest odpowiedzialny za utrzymanie potencjału błonowego i stanu pobudliwości komórki. Bierze udział w aktywacji enzymów oraz odgrywa istotną rolę w ruchach nykty- i sejsmonastycznych całych organów. W przypadku niedoboru potasu, wśród pacjentów obserwuje się nieprawidłowe funkcjonowanie mięśni gładkich i szkieletowych oraz zmniejszenie kurczliwości mięśnia sercowego, arytmię, a także zakwaszenie organizmu. Nadmiar substancji powyżej 18 g powoduje natomiast zatrzymanie akcji serca.
4. Sód stanowi składnik wpływający na powstawanie potencjału czynnościowego komórek pobudliwych oraz na ciśnienie osmotyczne płynu pozakomórkowego. Działa alkalizująco, usprawnia i reguluje aktywność transportu składników pokarmowych, a także utrzymuje sprawność mięśni i nerwów. Bardzo rzadko występują przypadki niedoboru sodu. Doprowadzenie organizmu do takiego stanu skutkuje szybkim odwodnieniem spowodowanym zwiększonym wydalaniem moczu. Następuje wtedy obniżenie ciśnienia krwi oraz zaburzenie powstawania potencjału czynnościowego komórek pobudliwych. Nadmiar sodu skutkuje natomiast występowaniem nadciśnienia tętniczego, chorób nerek, a nawet udarem mózgu.
5. Chlor to podstawowy anion występujący w organizmie. Bierze czynny udział w procesach trawienia, gdyż obecny w żołądku kwas solny (HCl) stanowi niezbędny składnik decydujący o utrzymaniu odpowiedniego środowiska promującego pracę enzymów, np. pepsyny. Stanowi również aktywator innych enzymów, w tym amylazy ślinowej. Jego niedobór prowadzi do zaburzenia gospodarki wodnoelektrolitowej, procesów związanych z trawieniem oraz oddychaniem. Może stanowić składnik odpowiedzialny za zaburzanie procesów wzrostu oraz spadku masy ciała. Nadmiar może się objawiać zaburzeniami ze strony funkcjonowania układu nerwowo-mięśniowego.

Mikroelementy

W przeciwieństwie do makroelementów, mikroelementy to związki obecne w organizmach roślinnych i zwierzęcych w śladowych ilościach. Zazwyczaj stanowią one maksymalnie 0,01% suchej masy roślin. Tak samo jak makroskładniki są one jednak niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Ich rozłożenie w organizmie to około 0,02% żelaza (Fe), 0,04% magnezu (Mg) oraz jeszcze mniejsze ilości manganu (Mn), miedzi (Cu), cynku (Zn), jodu (I), fluoru (F), chromu (Cr), manganu (Mn), molibdenu (Mo) oraz selenu (Se).

U ludzi zapotrzebowanie na mikroelementy wynosi nie więcej niż 100 mg na dobę. Stanowią one składniki enzymów, płynów ustrojowych oraz budulców tkanek, w szczególności tkanki kostnej.

Występowanie, rola i skutki nieprawidłowych ilości wybranych mikroelementów w organizmie ludzkim

1. Fluor to przede wszystkim składnik fluorohydroksyapatytu, czyli mineralnego budulca zębów i kości. Jego niedobór prowadzi przede wszystkim do chorób zębów – występowania próchnicy i ubytków oraz dużej wrażliwości na temperatury. Niekorzystnie wpływa również na gospodarkę makroorganizmów – fosforu i wapnia. Może być również przyczyną osłabienia kości oraz występowania chorób z nimi związanych, np. osteoporozy. W nadmiarowych ilościach fluor jest toksyczny.
2. Żelazo stanowi składnik hemoprotein, cytochromów oraz wielu innych enzymów. Jako składnik hemoglobiny, uczestniczy w procesach transportu tlenu w ciele. Ponadto odpowiada za wiązanie w niej dwutlenku węgla i wydalanie go z organizmu. Skutkiem niedoboru mogą być zakłócenia w procesach oddechowych, anemia, osłabienie ogólne organizmu, bóle głowy oraz arytmia serca. W skrajnych przypadkach prowadzi do opóźnienia w rozwoju na tle psychicznym i fizycznym.
3. Jod to biopierwiastek występujący głównie w hormonach – tyroksynie i trójjodotyroninie. Odpowiada za prawidłowe funkcjonowanie tarczycy, a jego niedobór prowadzi do charakterystycznego objawu – powiększonej woli, która powoduje zbyt niską produkcję TSH. Towarzyszy temu spowolnienie metabolizmu i szybkie przybieranie na masie, ciągłe osłabienie, senność, uczucie chłodu, obniżona odporność oraz zaparcia. Nadmiar jodu w organizmie prowadzi natomiast do nadczynności tarczycy, zwiększonej ilości śluzu w oskrzelach oraz zmian skórnych. W skrajnych przypadkach występują takie objawy jak pieczenie w ustach, gardle i żołądku, a także zaburzenia w pracy układu pokarmowego, białkomocz oraz poważne dolegliwości związane z sercem. U kobiet z niedoborami jodu mogą występować zaburzenia cykli miesięcznych oraz rozrodczości. Odpowiednia ilość jodu nasila popęd płciowy oraz promuje wytwarzanie komórek płciowych.
4. Cynk jest składnikiem centrum aktywnego enzymów takich jak polimeraza RNA oraz enzymy regulujące przemianę białek i węglowodanów. Odpowiada za prawidłowy metabolizm białek, węglowodanów, tłuszczów oraz alkoholi. Stanowi swego rodzaju barierę antyoksydacyjną chroniącą organizm przed działaniem wolnych rodników. Wpływa na utrzymanie zdrowego stanu włosów, paznokci i skóry oraz chroni cerę przed występowaniem trądziku bakteryjnego. Jego niedobór powoduje zakłócenia funkcjonowania gonad i znacznie utrudnia gojenie się ran. Zdarza się, że jest przyczyną zaburzeń ciążowych oraz słabego rozwoju płodu. U dzieci może prowadzić do opóźnień w rozwoju i niedorozwoju narządów płciowych. Nadmiar odkłada się w wątrobie i może wpływać na zmniejszanie stężenia frakcji HDL cholesterolu. Ponadto mogą występować nudności oraz zaparcia, a do ostrych objawów należą silne bóle żołądka oraz obniżone łaknienie.