БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИЙ И РАЗВИТИИ ЗАБОЛЕВАНИЙ ЖКТ У ДЕТЕЙ

Н.В. Рылова, Ю.В. Малиновская

Казанский государственный медицинский университет

Представление о макро- и микроэлементах (МЭ), как о простых химических веществах, находящихся в организме в ничтожных количествах является достаточно известным. Для обозначения всех патологических процессов, вызванных дефицитом, избытком или дисбалансом макро- и микроэлементов, широко используется введённое Авцыным А.П. (1990), понятие микроэлементозов. Недостаточность или избыток МЭ не только вызывает особые нозологические формы и синдромы, но может явиться и неблагоприятным фоном для течения различных заболеваний и, более того, возможным фактором их патогенеза.

Гомеостаз микро- и макроэлементов неразрывно связан с функционированием пищеварительной системы. В патогенезе любого дисбаланса элементного статуса имеется обязательная патогенетическая составляющая, связанная с нарушением работы ЖКТ. С одной стороны, от состояния слизистой пищеварительного тракта зависит всасывание и усвоение, а также частичная экскреция МЭ; с другой стороны, сами МЭ принимают активное участие в формообразовании и функционировании ЖКТ.

Наибольшее внимание учёными уделяется эссенциальным, т.е. жизненно необходимым металлам. В настоящее время известно 19 таких макро- и микроэлементов, которые не синтезируются в организме человека, но крайне необходимы для его нормальной жизнедеятельности (Mg, Сa, Zn, Cu, Fe, Se и др.). Однако далеко не все микроэлементы являются эссенциальными. Значительное число их токсичны (Al, Be, Ba и др.).

Одним из ключевых электролитов организма является магний. Относящийся по концентрации в организме к макроэлементам, он по своим биологическим свойствам имеет значительное сходство с микроэлементами и с высокой эффективностью функционирует в качестве кофактора более чем в 300 известных ферментативных реакциях, включённых в широкий спектр метаболической активности. В качестве универсального регулятора биохимических и физиологических процессов он участвует в энергетическом, пластическом и электролитном обмене.

Магний крайне необходим для нормального функционирования нервной системы, в том числе и для нормальной иннервации ЖКТ. Ионы Mg²⁺ снижают возбудимость нейронов и передачу нервных импульсов. Учитывая тесные взаимосвязи мозга с внутренними органами магний необходим для многосторонних процессов регуляции деятельности системы пищеварения.

Дефицит магния способствует формированию различных воспалительных заболеваний органов пищеварения, так как сопровождается снижением общей иммуннорезистентности организма. В свою очередь, при воспалительных заболеваниях кишечника, кишечных инфекциях, синдроме мальабсорбции, дефицит Mg ещё более усугубляется. Причиной развития подобного состояния становится нарушение всасывания данного макроэлемента в тонком кишечнике. При этом в клинической картине можно выявить такие висцеральные проявления как: диффузные абдоминальные боли, пилороспазм, ДЖВП и холелитиаз, гиперкинетические поносы, спастические запоры, внешнесекреторную недостаточность ПЖ (т.к. на фоне стимуляции секретином, Мg²⁺ повышает панкреатическую секрецию). Научно обоснована потребность организма в магнии для стабилизации активности основных ферментов печени. В то же время при повреждении печени отмечена потеря Мg, а, следовательно, нарушение ферментативной активности.

Установлено тормозящее влияние ионов Мg²⁺ на секрецию соляной кислоты, как в базальную, так и в стимулированную фазу желудочной секреции. В больших концентрациях Мg²⁺ блокирует высвобождение ацетилхолина и угнетает кислотообразовательную функцию желудка. Не исключается его роль в предотвращении действия гистамина и гастрина.

Важное значение в функционировании пищеварительной системы придаётся другому макроэлементу – кальцию. Ионы Са²⁺ (как ионы Mg²⁺) ответственны за моторику ЖКТ и являются обязательным компонентом в процессах возбуждения и сокращения гладкомышечных клеток пищеварительного тракта. При дисбалансе этих МЭ в организме создаются условия для нарушения двигательной функции мышечного слоя ЖКТ в организме ребёнка, что может приводить к различной гастроэнтерологической патологии. Так, выявлено повышение уровня кальция и снижение уровня магния в желудочном соке, ткани слизистой оболочки и в пристеночном геле у детей с язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки в фазу обострения процесса.

В последние годы установлена роль ионов кальция в пролиферации и дифференцировке клеток, в том числе и клеток слизистой оболочки пищеварительного тракта. Доказано, что дефицит данного макроэлемента нарушает процессы обновления и регенерации клеточной популяции в кишечных криптах путем блокирования клеточного цикла в фазе G¹ что в свою очередь приводит к снижению темпов заживления язвенных и эрозивных дефектов.

В осуществлении процесса нервно-мышечной проводимости ионы кальция и магния выступают в качестве естественных антагонистов. Находясь в саркоплазматическом ретикулууме мышечных клеток, ионы Са²⁺ способствуют взаимодействию актина и миозина, а также активируют ферментактомиозиновую АТФ-азу, которая участвует в сокращении гладких мышц пищеварительного тракта. В противоположность ионам Са²⁺ ионы Мg²⁺ ингибируют актомиозиновую АТФ-азу и активируют гидролиз ацетилхолина через холинэстеразу. Возбудимость нервных окончаний при этом тормозится, а мышцы расслабляются. Нарушение тонуса гладкой мускулатуры ЖКТ клинически проявляется либо гипоперистальтической симптоматикой – атония, запоры, либо гиперперистальтическими симптомами – диарея, дискинезии.

Са²⁺-Mg²⁺-зависимый процесс гладко-мышечного сокращения лежит также в основе регуляции сосудистого тонуса слизистой оболочки пищеварительного тракта, поддерживая в ней адекватное кровоснабжение. Вследствие увеличения кровотока в слизистой желудка происходит усиление желудочной секреции. Помимо стимуляции выработки соляной кислоты, Са²⁺ активирует деятельность главных клеток, продуцирующих пепсиноген. Кроме того, ионы Са²⁺ участвуют в механизмах секреции ферментов поджелудочного сока. Активирующее влияние кальция на ПЖ проявляется как на уровне самих ацинарных клеток, так и при опосредовании влияний ацетилхолина, холецистокинина - панкреазимина, церулеина.

Таким образом, связанные с дефицитом Са, Mg нарушения нормальной перистальтики и секреторной активности, неадекватное кровоснабжение слизистой оболочки желудка, двенадцатиперстной кишки являются важными этиологическими факторами развития различных патологических состояний ЖКТ. На фоне дефицита Mg²⁺ и Са²⁺ формируется порочный круг. Магний-кальциевая недостаточность, вызывая двигательную дисфункцию актиновых нитей и микроворсинок, приводит к дальнейшему нарушению всасывания макро- и микроэлементов слизистой тонкого кишечника, что в свою очередь еще больше усугубляет двигательную дисфункцию ЖКТ и нарушение трофики слизистой.

Медь – один из важнейших незаменимых МЭ, необходимых для жизнедеятельности человека. Для организма биологическое значение имеют ионы одновалентной и двухвалентной меди, которые входят в состав различных ферментов и белков (церулоплазмин, Cu/Zn-зависимая супероксиддисмутаза, цитохром С оксидаза и др.). Основная масса Cu абсорбируется в желудке (52%), в двенадцатиперстной (16-21%) и тощей (10%) кишке. По данным Авцына А.П. с соавт. (1991), есть достаточно оснований полагать, что поступление в клетку в процессе всасывания из ЖКТ, большинства жизненно необходимых МЭ (цинка, меди, кадмия и др.) зависит от наличия специальных медь-зависимых белков – металлотионеинов. Ионы Cu²⁺ и Zn²⁺ повышают уровень металлотионеинов, как внеклеточно, так и в культуре гепатоцитов. Однако отмечено возникновение нарушения функционирования данных белков при развитии токсических эффектов меди. Любая задержка её выделения из клетки приводит к индукции биосинтеза металлотионеина, создавая механизм порочного круга. Медь повреждает мембраны и цитоскелет гепатоцитов, что в свою очередь сопровождается дальнейшим накоплением Cu в клетке.

Повышенное содержание Cu отмечается при острых и хронических воспалительных заболеваниях, заболеваниях почек, печени, некоторых злокачественных новообразованиях. Гиперсатурнизм снижает устойчивость слизистых оболочек к окислительному поражению, что может поддерживать воспалительный процесс в гастродуоденальной зоне. При недостатке меди развиваются такие клинические синдромы как мальабсорбция, диарея, анемия, ахромотрихия, остеопороз, отмечается гипотония и психомотрная заторможенность, нарушение синтеза коллагена.

Усвоение и обмен меди тесно связаны с содержанием в пище и питьевой воде других макро-, микроэлементов и органических соединений. Установлено, что существует физиологический антагонизм между медью, с одной стороны, и цинком, молибденом, магнием, – с другой. По данным Насолдина В.В., при добавлении 80 мкг сернокислой меди на 1 кг массы тела детям, больным диареей, в течение 6 дней наблюдалась повышенная секреция цинка с калом и увеличивалась задержка меди.

Исключительное значение для организма имеет цинк. Он входит в состав более 300 металлоферментов. Относительно большое содержание цинка обнаружено в ПЖ, причем гистохимическими исследованиями установлено его преобладание в островках Лангерганса. Высокий уровень цинка в связан с тем, что в ПЖ синтезируется инсулин, содержащий 4 атома цинка, образуются цинксодержащие ферменты: карбопепсидазы А и В, карбоангидраза. Однако наибольшее количество цинка выявлено в гранулах клеток Панета слизистой оболочки тонкой кишки, которым отводится важная роль в поддержании гомеостаза цинка в организме. Стабильные связи с макромолекулами и координационная лабильность, делают его доступным для всех тканей организма, что требуется для удовлетворения потребности в Zn белков и ферментов, выполняющих различные биологические функции.

Всасывание цинка происходит преимущественно в тонком кишечнике, отчасти с помощью металлотионеина, в селективной стимуляции синтеза которого участвуют инсулин и глюкагон. По мнению Evans G.W. и Johnson E.C., металлотионеин имеет панкреатическое происхождение. Кроме того, с панкреатическим соком в просвет двенадцатиперстной кишки поступает значительное количество эндогенного цинка. Причём количество последнего отражает уровень поступления этого элемента с пищей и играет важную роль в его гомеостазе. Следует обратить внимание, что от 0,12 до 0, 23 ммоль Zn (7,5 – 14,5 мг) в сутки участвует в энтеропанкреатической циркуляции, осуществляемой через кровеносные сосуды. С известным основанием можно говорить о рециркулярном аппарате дуоденально-панкреатического кровообращения. Именно этот аппарат способствует насыщению организма цинком. По такому же принципу резорбции и реперфузии происходит насыщение организма, в частности печени магнием.

Следствием недостаточности цинка в детском организме могут быть задержка роста и полового развития, замедленное заживление ран, нарушение вкуса и аппетита, вторичная иммунологическая недостаточность, диарея, аллергические заболевания, выпадение волос, дерматит.

Zn также является частью генетического аппарата клетки, представляя до 100 цинксодержащих нуклеопротеидов и незаменим на многих ключевых этапах экспрессии гена, оказывая прямое влияние на рост и пролиферацию клеток всего организма ребёнка, включая и органы пищеварительной системы. Бурное обновление кишечного эпителия и, соответственно, интенсивное образование новых клеток обусловливает первостепенное значение цинка для слизистой оболочки тонкого кишечника и требует постоянного его наличия в кишечнике в достаточном количестве. В обкладочных клетках слизистой оболочки желудка обнаружено большое количество Zn-содержащего фермента карбоангидразы. Это один из ферментов, определяющих выработку бикарбонатов ПЖ и интенсивность кислотообразования, играющих важную роль в защите слизистой оболочки желудка.

В настоящее время доказано, что дефицит цинка играет ведущую роль в патогенезе хронических болезней верхнего отдела пищеварительного тракта (в первую очередь желудка и 12–перстной кишки), сопровождает болезни печени, почек, муковисцидоз и синдром мальабсорбции, а также такое тяжелое заболевание, как энтеропатический акродерматит. Уровень цинка зависим от характера, локализации и площади поражения в гастродуоденальной слизистой: наиболее выраженная гипоцинкемия отмечалась при сочетанном воспалительном процессе в слизистой оболочке желудка и двенадцатиперстной кишки. Дефициту данного МЭ придается особое значение в патогенезе язвенной болезни. Содержание цинка в пищеварительных секретах (слюне, желудочном и дуоденальном содержимом) детей с патологией ЖКТ имеет тенденцию к снижению и коррелирует со степенью и глубиной поражения слизистой оболочки желудка и 12-перстной кишки.

Алюминий - является одним из самых распространённых в природе металлов, источниками которого для человека являются – запылённый воздух, питьевая вода, пища, лекарственные вещества (главным образом антациды), дезодоранты, алюминиевая посуда. В последние годы сообщество учёных разных стран обратило внимание на проблему токсичности Аl и его соединений для человека. Установлено, что алюминий аккумулируется в плазме крови и тканях, где оказывает своё отравляющее действие.

Данных о том, что этот МЭ выполняет какие-либо полезные функции в организме человека, очень мало. Выяснено, что Аl патологически влияет на развитие эпителиальной и соединительной тканей, на регенерацию костных тканей, а также на обмен фосфора. Болезни и синдромы, связанные с токсическим действием алюминия, представляют собой распространенные формы заболеваний ЦНС различной степени тяжести, а именно: "отложения" Аl в нейронах при болезни Альцгеймера, алюминиевая диализная энцефалопатия и различные формы алюминозов.

Кроме того, алюминий оказывает воздействие на ферментативные процессы. Высокая способность МЭ образовывать комплексные соединения обусловливает его роль в снижении активности многих ферментов и их систем. В большинстве случаев катион А1³⁺ замещает ионы-активаторы ферментов, например ионы Mg²⁺ и Са²⁺, вследствие сходства ряда свойств этих ионов. Избыток алюминия в организме тормозит синтез гемоглобина, так как благодаря довольно высокой комплексообразующей способности блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветворении. Важную роль в патогенезе интоксикации Al играют и его конкурентные взаимоотношения с P и Fe.

Таким образом, обобщая вышеприведенные литературные данные, следует ещё раз подчеркнуть значительную роль ионов Мg²⁺, Са²⁺, Zn²⁺, Сu²⁺ в формировании структуры и поддержании функциональной активности системы пищеварения у детей. Дисбаланс этих макро- и микроэлементов является одним из пусковых механизмов целого каскада патологических реакций со стороны органов ЖКТ и способствует прогрессированию и хронизации различных форм гастродуоденальной патологии среди детей.

В свою очередь, воспалительные, дистрофические и особенно атрофические изменения слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки, нарушения функционирования билиарного тракта и ПЖ, неизбежно сопровождаются нарушениями всасывания МЭ. Проблема микроэлементозов среди детского населения является особенно актуальной, поскольку несвоевременная коррекция МЭ-дибсаланса отражается как на физическом, так и на нервно-психическом развитии детей.