Биологическая роль цинка

Биологическая роль цинка. Цинкдефицитные состояния у человека. Всасывание цинка. Влияние эндогенных и экзогенных лигандов на всасывание цинка. Выведение цинка. Ферменты, содержащие цинк. Токсичность цинка. Цинкдефицитные состояния. Цинк и атеросклероз. Цинк и хронические воспалительные процессы придатков матки. Результаты проведенных исследований.

Биологическая роль цинка была установлена около 150 лет назад. Изучение на животных недостатка цинка позволило Е. Ундервуду (1971) выделить следующие симптомы:

• изменение аппетита;
• нарушение поведения и резкое снижение способности к дрессировке;
• задержка роста и полового созревания с прекращением развития яичек и сперматогенеза у самцов, блокирование эструса, бесплодие, патологические роды у самок;
• паракератоз с облысением;
• лимфопения и увеличение показателя гематокрита.

Цинкдефицитные состояния у человека были впервые идентифицированы как синдром гипогонади- зма и карликовости у молодых иранцев – болезнь Прасада (А.С. Прасад, 1961).

Запасы цинка в организме невелики, у взрослого человека содержится всего 22,9-30,6 ммоль, т.е. 1,5-2 г (А.С. Прасад, 1979).

Цинк обнаружен во всех органах и тканях, однако его количество колеблется в широких пределах: от 0,15 до 3,3 ммоль на 1 кг сырой ткани (Р.И. Хэнкин, 1971). Скелетные мышцы наиболее богаты цинком, на их долю приходится 63% от всего количества этого микроэлемента (Г.А. Шрэдер, 1967). Важно отметить, что выходу цинка из его тканевых депо способствуют глюкокорти- коиды – т.е. любая стрессовая ситуация (Ф. Дорн, 1970).

Баланс цинка для условного человека составляет: поступление с пищей 13 мг, с вдыхае- мым воздухом менее 0,1 мг, выделение с калом 11 мг, с мочой 0,5 мг, с потом 0,78 мг в сутки. Об- щее содержание в организме составляет – 2300 мг и из них в мягких тканях – 1800 мг.

На клеточном уровне цинк стимулирует образование полисом, тормозит катализируемое железом свободнорадикальное окисление. Показано, что для перехода из одной фазы клеточного цикла в другую (деление клетки) необходимо наличие цинка, его недостаток блокирует этот процесс (Дж. Р. Райордан, 1976). В непосредственной связи с указанным фактом находится также высокое (1900 мкг/г) содержание цинка в сперматозоидах (Е. Ундервуд, 1977). Несомненно, что именно спе- рматозоиды являются носителями запаса этого жизненно важного микроэлемента, необходимого для нормального прохождения всех фаз дробления оплодотворенной яйцеклетки до ее фиксации в полости матки, когда развивающийся эмбрион начинает получать все необходимое с кровью мате- ри.

Цинк также играет важную роль в нуклеиновом обмене, процессах транскрипции, стабилизации нуклеиновых кислот, белков и особенно компонентов биологических мембран (Пейве Я.В., Жизневская Г.Я., 1975), а также в обмене витамина А.

Всасывание цинка

Всасывание цинка происходит в тонкой кишке. Цинк усваивается с помощью металлотио- неина, вырабатываемого в слизистой оболочке кишечника, почках, печени, поджелудочной железе (Е.С. Джонсон, 1980). У грудных детей в абсорбции цинка принимает участие простагландин Е2, содержащийся в материнском молоке, но отсутствующий в коровьем. С железом, кадмием и медью цинк вступает в конкурентные отношения и наличие этих микроэлементов может резко снизить вса- сываемость цинка в тонкой кишке. Цинк может всасываться как в ионной форме из изотонического раствора NaCl, так и в виде комплексов с различными низкомолекулярными лигандами.

Этилендиамидтетрауксусная кислота (ЭДТА) повышает всасывание цинка, в связи с чем очень широко используется в животноводстве для предупреждения паракератоза. Аналогичным свойством обладает о-оксихинолин, применяемый с успехом для лечения энтеропатического акродерматита. Повышенное содержание животного белка в рационе улучшает всасывание цинка. При низкобелковом рационе усвоение цинка, напротив, снижается. Лизин, цистеин, глицин и глутамат (глутаминовая кислота) стимулируют этот процесс. У человека кальцин не влияет на процесс вса- сывания цинка, но у свиней повышенный уровень кальция в рационе затрудняет всасывание цинка и нередко служит причиной заболевания паракератозом с массовой гибелью животных.

Из обычной пищи усваивается всего 10-30% цинка. На всасывание цинка влияют объем съедаемой пищи и содержание в ней клетчатки, которая, ускоряя прохождение пищевых масс по желудочно-кишечному тракту, уменьшает контакт цинка с участками его абсорбции (Ковальский В.В., Риш М.А., 1979).

Всасывание цинка значительно снижается при воспалительных процессах любой локали- зации под влиянием лейкоцитарного эндогенного медиатора ИЛ-1, вызывающего одновременно снижение уровня цинка в крови и накопление его в печени (Р.С. Пекарек, 1976).

К числу интересных результатов о влиянии витаминов на обмен микроэлементов следует отнести данные о взаимосвязи между обменом цинка и витамина А. Первым на эту взаимосвязь указал Бауман В.К (1975), обнаруживший нарушение всасывания цинка при гиповитаминозе А.. Этот витамин, таким образом, выполняет в отношении цинка ту же роль, что и витамин D в отноше- нии кальция. Вместе с тем Дж.В. Эванс (1976) показал, что при дефиците цинка в печени синтез ре- тинолсвязывающего белка, необходимого для транспорта витамина А, нарушается. Это запускает каскадный механизм порочного круга, при котором дефицит цинка или витамина А увеличивает их недостаток. Особенно сильное влияние оказывает одновременный недостаток обоих пищевых фак- торов, приводящий к срыву гомеостатической регуляции организма. Этим, по-видимому, может объясняться сезонный характер некоторых заболеваний в поздний зимний и ранний весенний период.

Медь и цинк имеют четко выраженные конкурентные взаимоотношения. Взаимодействие обоих металлов может иметь клиническое значение, например, при приеме массивных доз препа- ратов цинка в рамках лечения болезни Вильсона-Коновалова (А.С. Прасад, 1978).

Основным транспортным белком плазмы крови, переносящим 2/3 метаболически активно- го цинка, является альбумин. Основное количество цинка, присутствующего в амниотической жид- кости, также связано с альбумином. Степень всасывания цинка коррелирует с содержанием альбу- мина. Таким образом, уровень циркулирующего альбумина может иметь решающее значение в процессах всасывания цинка. Более того, клетки печени усваивают цинк только из сред, содержа- щих аминокислоты и альбумин (А.Л. Фэйла, Р.И. Коузинс, 1978).

Эти наблюдения свидетельствуют, что именно альбумин является основным физиологи- ческим лигандом, транспортирующим цинк из кишечника в печень.

Влияние эндогенных и экзогенных лигандов на всасывание цинка

(Р.И. Коузинс, 1985)

Условные обозначения:             ↑ — повышение, ↓ — понижение, 0 – отсутствие эффекта.

Выведение цинка

В основном цинк из организма выводится с калом. У взрослого человека при суточном поступлении цинка в пределах 10-15 мг около 90% этого количества выводится с калом и 2-10% (300-500 мкг) —  с мочой.

Цинк, выделяемый с калом, состоит из неусвоенного и эндогенного цинка, причем количество последнего отражает уровень поступления этого элемента с пищей и играет важную роль в его гомеостазе.

При распаде тканей, например при хирургических операциях и других травмах, ожогах, го- лодании, вегетарианстве, содержание цинка в моче резко повышается (активно выводится). Гипер- цинкурия также наблюдается при печеночной порфирии, алкоголизме, токсикоманиях, наркоманиях, посталкогольном циррозе и хелатотерапии (Г. Спенсер, 1966).

При беременности происходит некоторое повышение выделения цинка. Цинкурия также повышается при даче некоторых диуретиков и натрийуретиков (например, хлоротиазида). Потеря цинка происходит и при полном парентеральном питании, при котором может выводиться в сутки до 23 мг этого микроэлемента (Р. Кей, 1983). Значительное выделение цинка происходит и при инфу- зиях аминокислот, особенно цистеина и гистидина (А.А. Юниц, 1978).

У здоровых лиц, живущих в умеренном климате, в сутки с потом теряется 0,4 — 2,8 мг цин- ка (К.К. Шраер, 1974, Д.Б. Милн, 1984). В жаркое время года и в жарких странах потеря цинка с по- том могут служить одной из причин наступления дефицита этого микроэлемента (А.С. Прасад, 1963).

Ежемесячные потери цинка с менструальной кровью невелеки и составляют 0,1 – 0,5 мг на период. Небольшое количество этого элемента теряется также с волосами и ногтями. Довольно значительное количество цинка теряется с молоком. В нем содержится у человека от 7 (на 1-е сут- ки) до 2,5 – 3 мг/л в конце первого месяца лактации. Далее следует постепенное снижение концент- рации этого элемента в молоке, составляющее в конце первого года 0,65 мг/л.

Ферменты, содержащие цинк

В настоящее время цинк найден более чем в 200 металлоферментах, участвующих в самых разли- чных метаболических процессах, включая синтез и распад углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот.  Цинксодержащие  ферменты  относятся  ко  всем  шести  известным  классам  (А.  Гальдес, 1984). Цинк в металлоферментах присутствует в активном центре и непосредственно участвует в каталитическом процессе.

Алкогольдегидрогеназа, присутствующая в печени и других органах, окисляет этанол и содержит четыре атома цинка на молекулу, причем цинк выполняет в ее составе как каталитическую так и структурную функцию. Алкогольдегидрогеназа печени человека участвует в первичном механизме детоксикации спиртов.

При хроническом алкоголизме в 100 процентах случае наблюдается цинкдефицитное состояние, что приводит к значительному снижению детоксикационной способности печени из-за снижения и дезактивации  алкогольдегидрогеназы,  что,  в  свою  очередь,  приводит  к  нарастанию  поражений ЦНС, периферической нервной системы, самой печени, мочевыводящей, сердечно-сосудистой и других жизненно важных систем организма. Значительна роль дефицита цинка при хроническом алкоголизме и в развитии алкогольных психозов.

 Токсичность цинка

Токсичность цинка невелика, при введении его в избытке он не кумулируется, а выводится. Однако в литературе имеются отдельные сообщения о токсическом влиянии цинка. При приеме внутрь 12 г сульфата цинка у юноши 16 лет были отмечены сонливость, рвота. Зарегистрировано отравление со смертельным исходом при приеме внутрь 45 г сульфата цинка (А.С. Прасад, 1976).

Цинкдефицитные состояния

У человека классификация цинкдефицитных состояний разработана А.А. Жаворонковым (1983). Наиболее удобно подразделять цинкдефицитные состояния в соответствие с различными возрастными периодами.

Антенатальный период. У 15-20% беременных с дефицитом цинка отмечается наличие пороков у плода и новорожденных: гидроцефалия, микрофтальмия, анофтальмия, расщепление неба, искривление позвоночника, образование грыж, пороки сердца и др. (подтверждено экспериментально).

Постнатальный период. Эндогенный дефицит цинка: 1) энтеропатический акродерматит; 2) клини- ческие формы серповидно-клеточной анемии, сопровождающиеся хроническим гемолизом и цинкурией вследствие нарушения клубочковой фильтрации и канальцевой реабсорбции. Экзогенный дефицит цинка алиментарного генеза: 1) симптомокомплекс тяжелой железодефицитной анемии с гепатоспленомегалией, карликовостью, половым недоразвитием, нарушением нормального оволосения, атрофией яичек и предстательной железы – болезнь Прасада; 2) синдром идиопатической гипогевзии и гипосмии с дизосмией; 3) у беременных – прямая корреляция между снижением концен- трации цинка в сыворотке крови и частотой слабости родовой деятельности, атонических кровотечений, преждевременных родов и врожденными уродствами новорожденных. Экзогенный дефицит цинка при заболеваниях ЖКТ (постгастроэктомический синдром, хронический энтерит, колит, бо- лезнь Крона и др.) – 1) дерматит; 2) гипогевзия с гипосмией. Экзогенный дефицит цинка при забо- леваниях печени (алкогольный, токсический цирроз, наркомании, вирусный гепатит и др.): 1) дерма- тит; 2) гипогевзия с дисгевзией и гипосмия с дизосмией. Экзогенный ятрогенный дефицит цинка: может возникнуть при длительном парентеральном питании и поступлении в организм менее 19,2 мкмоль цинка в сутки (развивается энтеропатический акродерматит); при лечении склеродермии L- гистидином – гипогевзия и гипосмия, при длительной терапии D-пеницилламином – паракератоз, кератит, центральная скотома, алопеция; при лечении цитостатиками – анорексия, гипогевзия, ги- посмия, язвенный дерматит (Дж. Гвилет, 1980). Диагноз цинкдефицитного состояния подтверждает- ся при содержании цинка в крови менее 13 мкмоль/л, а концентрация его в сыворотке крови менее 8,2+/-0,9  мкмоль/л  рассматривается  как  неблагоприятный  прогностический  признак  (Карлинский В.М., 1979). Известно, что оральные контрацептивные препараты снижают содержание альбумина в сыворотке, естесственно при этом возникновение цинкдефицитных состояний.

Эмбрион и плод в критические периоды своего развития крайне чувствительны к недостатку цинка в организме матери. Возникающие при этом цинкдефицитные состояния сопровождаются рождением незрелого плода, а также формированием разного рода аномалий.

 Алиментарная недостаточность цинка у детей проявляется железодефицитной анемией, гепатосп- леномегалией, карликовостью, гипогонадизмом. Кроме того, цинкдефицитное состояние сопровож- дается у подростков поведенческими расстройствами, нарушениями вкуса, обоняния, что, вторич- но, может приводить к стойкому патологическому влечению к токсическим веществам (токсикома- ния бензином, толуолом, другими средствами бытовой и промышленной химии).

Цинк и атеросклероз

При изучении баланса ряда микроэлементов-металлов в организме больных атеросклерозом (Г.А. Бабенко, И.П. Ванджура, 1966, 1969) установлено, что обмен некоторых из них изменяется в зави- симости от стадии течения атеросклеротического процесса.

Так, баланс меди в организме больных атеросклерозом был положительным, содержание меди на- растало соответственно степени тяжести атеросклеротического процесса.

При исследовании баланса цинка отмечен четко выраженный дефицит этого металла в организме больных атеросклерозом. Выведение цинка из организма усиливалось параллельно сте- пени тяжести атеросклероза.

Эти наблюдения послужили обоснованием для включения цинка в комплекс лечебных мероприятий при атеросклерозе (Г.А. Бабенко, И.П. Ванджура, 1970, 1971).

При лечении больных с ишемической болезнью сердца препаратами цинка в дозе 50 мг 2 раза в су- тки, Г.А. Бабенко (1972) получил следующие результаты. Данная лечебная доза цинка значительно улучшала общее состояние больных, у половины из них исчезал болевой синдром, у оставшихся

50% больных значительно снижалась интенсивность болевого синдрома. У всех больных уменьша- лись сердцебиение, одышка, улучшались данные ЭКГ.

Содержание общих липидов в крови больных с I и III стадиями болезни, получавших препараты ци- нка, снизилось в среднем на 20%, а у больных контрольной группы в ходе стандартного лечения – на 4% по сравнению с исходным уровнем. Содержание общего холестерина у принимавших препа- раты цинка снизилось в среднем на 38% у больных с I стадией и на 20% у больных с III стадией за- болевания, а у больных контрольной группы – всего на 8% по сравнению с исходным уровнем. В результате этих сдвигов у больных, леченых препаратами цинка, наступала нормализация коэф- фициента холестерин/фосфолипиды. Лечение больных без применения препаратов цинка не при- водило к заметным сдвигам в обмене липопротеидов. Кроме того, на 23-25 день применения цинка содержание пировиноградной кислоты в крови снизилось на 40%. У больных не принимавших цинк – уровень пировиноградной кислоты в крови достоверно не изменялся.

При применении препаратов цинка изменялся баланс микроэлементов, у больных с I стадией забо- левания баланс меди становился отрицательным, а баланс цинка – положительным. У больных с III стадией большая потеря цинка до лечения (выведение на 26% превышало поступление) сменялась постепенной нормализацией баланса в ходе лечения, при котором выведение только на 3% пре- вышало поступление.

Как показали дальнейшие наблюдения, длительный прием биотических доз цинка предоствращает нарастание общего холестерина, общих липидов и фосфолипидов в крови, что является одним из самых эфективных методов предупреждения развития осложненного течения ишемической болез- ни сердца (инфаркт миокарда, артериальная гипертония, инсульт и др.).

Цинк и хронические воспалительные процессы придатков матки

По данным Е.А. Марчук (1972) в крови женщин с острыми воспалительными процессами в придатках матки имеют место выраженные изменения в количественном содержании меди и цинка. В этой стадии заболевания отмечено увеличение содержания меди и снижение содержания цинка (также снижение содержания кобальта и железа). После проведенного лечения без применения микроэ- лементов, количественное содержание меди и железа нормализовалось, но нормальный уровень цинка был отмечен только в отдельных единичных случаях. Дальнейшие исследования показали, что в хронизации воспалительного процесса гипоцинкемия играет значительную роль. Добавление препаратов цинка в комплекс лечебных мероприятий острого воспалительного процесса придатков матки позволил эфективно предупреждать хронизацию воспалительного процесса.

Кроме того, исследовалась группа из 52 больных с хроническим течением воспалительного процесса в придатках матки. Длительность заболевания составляла от 5 до 12 лет. Все больные в прошлом перенесли острое воспаление придатков матки. Выявлено, что у женщин с хроническим воспа- лением придатков матки отмечались изменения со стороны микроэлементов. Почти у всех женщин выявлено постоянное низкое содержание цинка и кобальта. У женщин с частыми обострениями во- спалительного процесса этот дисбаланс выраженнее.

Таким образом, недостаток цинка, дисбаланс цинка, меди, кобальта играет важную роль в патогенезе, течении и исходе воспалительных заболеваний придатков матки. У женщин с хроническими воспалительными процессами в придатках матки имеет место постоянное низкое содержание цинка (в том числе кобальта и железа), играющего большую роль в сопротивляемости организма.

Цинк и недоношенные дети

Данные исследования были проведены С.К. Ткаченко, Е.Г. Ткаченко (1972). В частности установле- но, что при поздних токсикозах беременности содержание цинка как у доношенных, так и недоношенных детей было в 1,5-2 раза ниже, чем при нормально протекавшей беременности. Еще меньше оказались запасы цинка у детей, родившихся от многоплодной беременности. Исследования данных авторов также показали, что недоношенные дети рождаются с меньшими запасами цинка (в том числе и железа) в организме, чем доношенные.

Цинк при ревматизме детского возраста

По данным И.А. Талан (1969) при ревматизме у детей отмечается достаточно высокая цинкурия (в остром периоде превышающая физиологическую норму в 2-2,3 раза). С калом также теряется в 1,5-2 раза больше цинка, чем его поступает в организм ребенка. Все это говорит  за то, что при ревма- тизме наличествует хроническое цинкдефицитное состояние.

Цинк и остеогенез

Цинку принадлежит важная роль в развитии скелета. При дефиците цинка отмечено угнетение щелочной фосфатазы в хондроцитах эпифизарного хряща, что, по мнению (С.И. Хенинга, 1976), и является основным биохимическим дефектом развития кости. Нет сомнения, что цинк принимает уча- стие и в процессах кальцификации.

Цинк и заживление ран

Роль цинка в заживлении ран впервые была показана В.Х. Штрайном (1960). Было также отмечено, что у больных с обширными ожогами наблюдается цинкдефицитное состояние. Прием препаратов цинка повышал скорость заживления послеоперационных ран (В.И. Порайес, 1967). Особенно уско- рялось заживление на стадии эпителизации через 15 дней и более после операции.

 Цинк и иммунитет

Цинку принадлежит важная роль в иммунном ответе. У больных с наследственным и алиментарным цинкдефицитным состоянием отмечено почти полное отсутствие лимфоидной ткани, включая ти- мус, миндалины, лимфатические узлы, селезенку.

Для функции Т- и В-лимфоцитов важное значение имеет цинксодержащий фермент нуклеозидфосфорилаза.  Недостаточность  этого  фермента  отмечена  при  врожденном  дефекте  Т- лимфоцитов и в лимфоцитах лиц пожилого возраста. Усиление иммунного ответа лимфоцитов у лиц пожилого возраста при приеме препаратов цинка связано с активацией данного фермента.

Цинк и развитие мезга

Важной особенностью цинка является его влияние на выработку поведенческих рефлексов. При дефиците цинка значительно медленнее вырабатываются условные рефлексы (задержка эмоцио- нального, речевого, когнитивного процессов).

Доказана витальная необходимость цинка для развития головного мозга. Недостаточность цинка в критические периоды развития мозга неизменно приводит к дефициту его функционирования – за- держка психического, психомоторного, психоречевого, умственного развития и стойкие изменения поведения.

Группа риска в отношении цинкдефицитных состояний

1. Подростки.

• с задержкой роста и полового созревания;
• с задержкой психического развития (ЗПР);
• с поведенческими расстройствами (бродяжничество, гиперактивность, патология влечений, включая  аддиктивное  поведение:  алкогольная,  токсикоманическая,  наркотическая  зависимости; анорексия или избирательность в еде; низкая учебная мотивация, пристрастие к компьютерным играм и др.);
• часто болеющие простудными и инфекционными заболеваниями; при наличие аллергических заболеваний, заболеваний ЖКТ, печени;
• в предпубертатный и пубертатный период;
• в период инфекционных заболеваний; при наличии кожных заболеваний, длительно незажи- вающих ранах, хронических нагноительных процесах.

2. Женщины.

• беременные и кормящие  с признаками (даже минимальными) нарушений обоняния и вкуса;
• беременные и кормящие, злоупотребляющие алкоголем, наркотиками и другими токсическими веществами;
• беременные от мужей, страдающих хроническим алкоголизмом, наркоманией, токсикоманией;
• беременные и кормящие имеющие заболевания ЖКТ, печени, имунодефицитные состояния;
• с послеродовыми психическими расстройствами, а также беременные имевшие в анамнезе послеродовые психические расстройства;
• со слабостью родовой деятельности;
• беременные, имевшие в анамнезе выкидыши, различного  рода  отклонения в протекании предыдущей беременности и родов;
• с бесплодием, повторными выкидышами и др. проблемами зачатия и вынашивания;
• беременные, имеющие ребенка  с аномалиями развития;
• угроза прерывания беременности;
• принимающие лекарственные формы от ожирения на основе гистидина