Фазлутдинов К.К.

01.06.2018 (обновленно 11.11.2020)

65684 просмотров

Физиологическое влияние хрома (Cr) на организм человека, польза и вред

Содержание:

1. Общие сведения о хроме

2. Физиологическая роль хрома

3. Негативное влияние хрома на организм человека

1. Общие сведения о хроме.

Хром элемент VI группы периодической системы, имеет голубовато-белый оттенок, свое название получил от греческого слова «chroma», что означает цвет благодаря тому, что его соединения отличаются широким спектром оттенков. В соединениях хром проявляет степень окисления 2+, 3+, 6+ (наиболее характерные) среди которых наиболее устойчивые соединения хрома со степенью окисления 3+. Так же существуют соединения в которых хром проявляет степень окисления 1+, 4+, 5+.

Впервые этот металл был открыт в 1797 году французским исследователем Л.Н. Вокленом, который обнаружил его в минерале крокоите, однако его влияние на живые организмы начали изучать только после 1950х годов, когда два ученых Уолтер Мерц и Кеннет Шварц в результате опытов над крысами обнаружили у животных возрастающую непереносимость сахара при кормлении крыс продуктами с низким содержанием хрома.

Среднесуточная норма хрома для взрослого человека составляет 200-300 мкг, и человек едва ли может восполнить ее употребляя в пищу такие продукты как: рыба, говядина, дрожжи, ржаной хлеб, орехи, печень и пр. Это связано с низкой концентрацией хрома в перечисленных продуктах и низкой усвояемостью микроэлемента. Однако, на данный момент разработано множество добавок (самые эффективные из них на основе пиколината хрома и гистидина хрома) которые позволяют решать эти проблемы.

В организм человека хром может попадать через кожу, слизистые оболочки, легкие и вместе с пищей и водой (желудочно-кишечный тракт), однако некоторые его соединения всасываются легче и быстрее (это связано с их растворимостью и валентностью металла в них). Так Cr (VI) всасывается организмом лучше и быстрее, чем Cr (III), что связано с его высокой растворимостью при физиологических значениях pH.

Рассмотрим подробнее путь попадания этого микроэлемента в кровь. Попадание металла в кровь связано с белками-переносчиками, находящимися в эпителии тонкого кишечника и осуществляющими активный (энергозатратный) транспорт элемента. Если частицы хрома попадают в организм через легкие, то при выдыхании с потоком воздуха они попадают в ротовую полость, оттуда в желудочно-кишечный тракт и процесс происходит по вышеописанной схеме.

Попадая в кровь часть Cr (VI) связывается с эритроцитами, а также лейкоцитами и тромбоцитами и восстанавливается до Cr (III), Cr (III) в свою очередь образует прочный комплекс с гемоглобином (расположенном на поверхности клеток крови) и таким образом перемещается по организму. Оставшаяся (не связавшаяся) часть шестивалентного хрома выводится из организма через почки.

Cr (III) при попадании в кровь связывается с белком трансферрином (находящимся в свободном состоянии в плазме крови). Если Cr (III) поступает в организме в большом количестве он может связываться с белком альбумином, глобулином и аминокислотами, находящимися в плазме крови. Таким образом осуществляется транспорт этого элемента в крови. Важно знать, что белок трансферрин осуществляет транспорт железа в крови и микроэлемент хром конкурирует с этим элементом за участки связывания.

Мигрируя по организму в связанном состоянии хром откладывается в таких органах как: легкие, печень, поджелудочной железе и костном мозге т.к. обладает высоким сродством к этим тканям. 

2. Физиологическая роль хрома.

а. Активирует некоторые ферменты нашего организма.

Хром является активатором фермента трипсина, позволяющего расщеплять пептиды и белки на их составляющие – аминокислоты. Так же (в небольших количествах) способен активировать ферменты участвующие в метаболизме глюкозы такие как: цитохромоксидаза, сукцинатдегидрогеназа и фосфоглюкомутаза. Путь метаболизма глюкозы состоит из множества стадий и задействует большое количество ферментов, но он жизненно необходим нам т.к. конечным итогом превращения глюкозы является энергия, запасаемая в форме АТФ.

б. Участвует в поддержании нормального баланса сахара в крови.

После употребления пищи, уровень глюкозы в крови начинает возрастать, а наша поджелудочная железа начинает выделять в кровь гормон-инсулин. Инсулин в свою очередь переводит глюкозу в клетки, где она используется для получения энергии, тем самым снижая уровень глюкозы в крови. Но чтобы достичь этого эффекта инсулин должен быть в состоянии присоединится к рецепторам на поверхности клетки, что невозможно без вмешательства пищевого фактора – «фактора толерантности к глюкозе».   Данный фактор является инициатором присоединения гормона (инсулина) к рецептору, расположенному на поверхности клеточной мембраны и по некоторым данным в его состав входит трехвалентный хром, никотиновая кислота, аминокислоты (глицин, цистеин) и глютаминовая кислота. Поэтому людям страдающим сахарным диабетом необходимо следить за концентрацией хрома в организме.

в. Участвует в синтезе и поддержании конформации молекул ДНК и РНК.

Хром может образовывать ковалентные связи между пуриновыми и пиримидировыми основаниями, тем самым обеспечивая их соединения в молекулах ДНК и РНК. Так же в этих молекулах он необходим для поддержания нужной конформации (пространственном расположении атомов в молекуле).

г. Участвует в метаболизме липидов.

Одной из самых важных функций хрома в организме наряду с поддержанием баланса сахара в крови является способность влиять на выработку вредного холестерина. Такой холестерин образует бляшки на стенках сосудов и препятствует циркуляции крови по нашему телу, в результате чего человек страдает различными сердечно-сосудистыми заболеваниями. Вредный холестерин образуется в печени, и субстратом для его образования служит глюкоза. Усиливая влияние инсулина на утилизацию глюкозы, хром одновременно выполняет две функции: регулирует содержание сахара в крови и снижает уровень холестерина.

д. Участвует в выработке гормонов.

Среди прочего хром влияет на выработку стероидного гормона дегидроэпиандростерона (ДГЭА), который способствует укреплению костей. Поэтому препараты хрома (пиколинат хрома) часто используют при лечении остеопароза.

е. Помогает регулировать внутриглазное давление.

Хром в сочетании с аскорбиновой кислотой, стимулирует поступление глюкозы к хрусталику, тем самым регулируя давление внутри глаза, поэтому людям страдающим такими заболеваниями как катаракта и глаукома назначают препарат хрома в качестве комплексной терапии.

3. Негативное влияние хрома на организм.

В тот момент, когда хром в организме появляется в избытке (это может быть связано с повышением его концентрации в окружающей среде, работа на вредных производствах, нарушении обменных процессов в организме, неправильное использование лекарственных средств и биологически активных добавок в состав которых входит хром, недостаток цинка и железа в организме) наблюдается противоположный эффект. Разберем какие негативные последствия могут нести высокие концентрации хрома поступающие в тело человека.

а. Угнетение активности или полная инактивация ферментов.
В высоких концентрациях хром может образовывать ковалентные связи с широким спектром молекул. Так, например, с белками хром может связываться с помощью гидрокси-, амино-, карбокси-, сульфгидрильных и других групп. В результате чего в молекулах белков (ферментов) происходят разрывы водородных связей, замещение металлов в лигандах, изменение конформации молекул что приводит к частичной или полной потере активности молекулы. Если такой белок находится на поверхности клеточной мембраны и выполняет транспортную функцию (регулирует поступление в клетку одних веществ и выведение из нее других), то включение в молекулу хрома может привести к нарушению процесса транспорта.

б. Мутации в генетическом материале.

Хром может взаимодействовать с лигандами нуклеопротеидов и нуклеиновых кислот и в результате чего влиять на процесс транскрипции (считывания информации с имеющейся последовательности ДНК) и трансляции (синтез белка на имеющейся матрице РНК). В результате чего в клетках происходят мутации, что и объясняет канцерогенное действие хрома и возникновение различного рода новообразований.

в. Дерматиты, экземы, аллергические реакции.

Сам по себе хром не способен вызвать сильного иммунного ответа (он слишком мал), но образуя связи с другими макромолекулами (например, белками) он способен вызвать бурную иммунную реакцию. 
Важно отметить, что при попадании на кожу белками эпидермиса связывается только трехвалентный хром, шестивалентный хром проникает через слой эпидермиса и лишь небольшая его часть окисляется до Cr(III) и связывается с белками рогового слоя кожи. В результате чего на поверхности кожного покрова образуются дерматиты, экземы, язвы и пр.

г. Ухудшение общего состояния микрофлоры в организме.
Микрофлора, находящаяся в симбиозе с человеческим организмом, активно участвует в процессе синтеза и распада как собственных, так и чужеродных соединений. И поступление высоких концентраций хрома негативно сказывается на ее состоянии в целом и может приводить к дисбиозу, диареи и прочим заболеваниям. Важно заметить, что токсический эффект шестивалентного хрома на микрофлору кишечника намного выше чем трехвалентного.

д. Заболевания печени.

Как было описано выше, Cr(VI) проникая в кровь, связывается с эритроцитами, мигрируя по всему организму. Высвобождение микроэлемента происходит в селезенке, где утилизируется гемоглобин. Образуя соединение с белком глобином, комплекс имеет свойство накапливаться в клетках печени — гепатоцитах, вызывая их повреждение, замедляя выделение желчи и вызывая патологические изменения в печени.

е. Заболевания легких.

Постоянное вдыхание соединений Cr(VI) является одной из причин рака легких. Наиболее часто заболеваниям легких, бронхиальной астмы, подвергаются работники гальванических цехов, предприятий по производству красок, строительных материалов и пр.