Роль микроэлементов в функционировании иммунной системы
… научные исследования, выполненные в последние годы, позволили установить жизненную необходимость адекватного поступления макро- и микроэлементов с продуктами питания для механизмов защиты организма от инфекционных агентов.
Микроэлементы участвуют в регуляции большинства жизненных процессов и биохимических реакций в нашем организме. В этом смысле их роль вполне можно сравнить с регуляторной ролью гормонов, а последствия хронического дефицита - с тяжелыми гормональными нарушениями. Правда, если здоровый организм сам способен синтезировать необходимое количество гормонов, то большинство микроэлементов он может получить исключительно с пищей или в виде медицинских препаратов. Любой их дефицит рассматривается как общее преболезненное состояние, из которого могут в дальнейшем развиться самые разные заболевания.
Среди множества микроэлементов в организме всего девять являются эссенциальными, т.е. их дисбаланс приводит к возникновению клинических симптомов. Все остальные являются неэссенциальными - им характерны определенные биологические функции, но синдромы дефицита неизвестны. Некоторые из них являются составляющими клеток и тканей как результат адаптации к окружающей среде.
Эссенциальные микроэлементы: цинк (Zn), йод (I), хром (Cr), кобальт (Co) (как компонент витамина В 12 ), марганец (Mn), молибден (Mo), магний (Mg), медь (Cu), селен (Se) и железо (Fe).
Неэссенциальные микроэлементы: бор (B), фосфор (P), никель (Ni), кремний (Si) и ванадий (V).
С точки зрения биологической функции элементы могут быть разделены на 2 группы: 1 - кофакторы ферментов (с активирующей, регуляторной и структурно-стабилизирующей функцией); эссенциальные элементы этой группы: цинк, магний, марганец, молибден, медь и железо. 2 - компоненты молекул (могут быть найдены в костях скелета, системе метаболизма и др.); эссенциальные элементы этой группы: йод, хром, кобальт и селен.
Для реализации большинства процессов в организме необходимы огромные затраты энергии и времени. Чтобы сократить эти затраты, в организме существуют эндогенные катализаторы - ферменты. Большинство процессов протекают с их участием. Но для активации ферментов необходимы активаторы - кофакторы, коферменты (от лат. co (cum) - вместе и factor - делающий). Для более чем 300 из ферментов коферментами выступают макро- и микроэлементы. А некоторые ферменты содержат микроэлементы как неотъемлемый компонент своей структуры. Схематически реакции организма можно представить следующим образом: субстрат + фермент + микроэлемент-активатор (кофермент) = реакция. Т.е. при отсутствии микроэлемента реакция либо невозможна, либо она будет протекать, но с огромными затратами энергии и времени.
Дефицит микроэлементов может быть обусловлен в основном тремя факторами: 1 - недостаточным их усвоением (чаще всего обусловлено снижением концентрации микроэлементов в продуктах питания, сниженным всасыванием в ЖКТ - различные заболевания и возрастные изменения в ЖКТ); 2 - повышенным потреблением в физиологических и патологических реакциях организма (характерно для спортсменов в период интенсивных физических нагрузок, детей в период интенсивного роста и пубертатного периода, людей пожилого возраста, беременных женщин, при любых заболеваниях в связи с активацией иммунологических реакций и реакций, направленных на сохранение гомеостаза); 3 - повышенными потерями (возникают у спортсменов [с потом], при заболеваниях, сопровождающихся эксикозом, лихорадкой [потери с потом] и т.д.).
При недостаточном поступлении минеральных компонентов организм может в течение некоторого времени восполнять создавшийся дефицит путем мобилизации их из тканевых депо, а при избыточном поступлении - повышением выведения. Тканевые депо организма обладают мощными резервами макроэлементов (кальций, магний - костная ткань, калий - мышцы, натрий - кожа и подкожная клетчатка), тогда как резервы микроэлементов в тканях незначительны. Этим и объясняются низкие адаптационные возможности организма к дефициту микроэлементов в пище. Микроэлементы оказывают выраженное взаимное влияние, связанное с их взаимодействием на уровне абсорбции в желудочно-кишечном тракте, транспорта и участия в различных метаболических реакциях. В частности, избыток одного микроэлемента может вызвать дефицит другого. В связи с этим особое значение приобретает тщательная сбалансированность пищевых рационов по их микроэлементному составу, причем всякое отклонение от оптимальных соотношений между отдельными микроэлементами может приводить к развитию серьезных патологических сдвигов в организме.
Залог здоровья - крепкий иммунитет, фундамент иммунитета - макро- и микроэлементы. По причине того, что иммунная система должна мгновенно реагировать на изменения внутренней среды организма и постоянно поддерживать свой потенциал, она является самой требовательной к скорости протекания своих реакций, а значит, и к балансу микроэлементов. Поскольку большинство процессов иммунной системы также ферментативно зависимы (синтез иммуноглобулинов, цитокинов, процессы фагоцитоза), то отсутствие либо недостаток макро- и микроэлементов может привести к тому, что патологические процессы будут протекать быстрее, чем реакции иммунной системы, т.е. она не сможет оперативно реагировать на проникновение антигена в организм. Кроме того, процессы детоксикации и связывания свободных радикалов также невозможны без наличия достаточного уровня микроэлементов.
По современной классификации минералы по действию на иммунную систему делятся на: 1 - эссенциальные для иммунной системы: Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Se, Mn, Li; 2 - иммунотоксичные : Al, As, B, Ni, Cd, Pb, Hg, Be, Vi, Tl, Ge, Au, Sn и др.
Результаты нутрициологических и иммунологических исследований позволили сформулировать общие положения о взаимосвязи между обеспеченностью микроэлементами и уровнем противоинфекционной защиты человеческого организма: 1 - неадекватное обеспечение макро- и микроэлементами обусловливает подавление активности различных клеток макроорганизма, в том числе участвующих в неспецифических и специфических механизмах противоинфекционной защиты; 2 - нарушения в иммунной системе, вызванные дефицитом макро- или микроэлементов, достаточны для достоверного увеличения риска как осложненного течения, так и летального исхода вирусных, микробных и паразитарных инфекций; 3 - коррекция дефицита макро- и микроэлементов в организме человека обусловливает восстановление уровня иммунокомпетентности.
Таким образом, непременным условием нормального функционирования как отдельных иммунокомпетентных клеток, так и иммунной системы в целом является достаточное обеспечение макро- и микроэлементами. Иммунной системой особенно востребованы неорганические ионы.
Цинк требуется для деятельности более чем 100 ферментов, в частности карбоксипептидазы, оксидоредуктазы, трансферазы, алкогольдегидрогеназы, связанных с обменом углеводов, белков, энергетическим обменом, синтезом нуклеиновых кислот, биосинтезом гема, транспортом CO2 и др. Цинк необходим для матурации, пролиферации и функционирования иммуноцитов в связи с его участием в процессах репликации ДНК, транскрипции РНК, деления и активации клетки. Дефицит цинка приводит к нарушению функционирования как неспецифических, так и специфических механизмов защиты макроорганизма. Снижение содержания цинка в организме сопровождается нарушением хемотаксиса полиморфноядерных лимфоцитов, натуральных киллеров, подавлением процессов фагоцитоза, активности механизмов продукции калпротектина. Цинк играет важную роль в поддержании баланса между клеточным и гуморальным иммунитетом. Показано, что in vitro низкие концентрации цинка индуцируют развитие апоптоза CD4+CD8+-тимоцитов, а высокие концентрации цинка блокируют апоптоз, предотвращая активацию эндонуклеазы, которая участвует во фрагментации ДНК. Дефицит цинка приводит к ингибиции Th1-ответа иммунной системы за счет снижения продукции интерферона-, TNF-, IL-2 при сохранении напряжения синтеза IL-4, IL-6 и IL-10 мононуклеарными клетками. Изменения содержания макро- и микроэлементов также предопределяют флуктуации активности продукции гормонов, регулирующих процессы пролиферации и дифференцировки иммунных клеток. Так, показано, что дефицит цинка сопровождается постоянной гиперкортикостеронемией, приводящей к снижению продукции тимулина, развитию лимфопении и к постепенной атрофии тимуса.
Железо является облигатным биометаллом, который участвует в различных физиологических процессах - в тканевом дыхании, биологическом окислении, митозе, биосинтезе коллагена, тирозина, катехоламинов и ДНК, влияет на неспецифические механизмы защиты организма, развитие специфического иммунного ответа. Железо является компонентом гема - структурной единицы гемоглобина, универсальной молекулы, осуществляющей связывание и перенос кислорода к акцепторным клеткам и тканям. Дефицит железа может привести к развитию анемии, снижению уровня резистентности организма к инфекционным агентам, подавлению когнитивной функции. Известно, что ионы железа играют ведущую роль в работе механизмов, регулирующих функциональную активность T-лимфоцитов, а дефицит содержания железа в организме приводит к выраженному нарушению клеточного иммунитета. Недостаточное поступление железа сопровождается снижением активности нейтрофилов, в частности, наблюдается недостаточная продукция миелопероксидазы, натуральных киллеров, а также неэффективная, неадекватная уровню стимуляции продукция фактора роста 1, моноцитарного хемотактического протеина 1, IL-2, IL-8, TNF-. Процесс дифференцировки иммуноцитов и формирование антительного ответа на возбуждение антигеном связаны с потреблением железа и цинка.
Микроэлементы требуются для активности множества ферментов, которые непосредственно участвуют в процессах неспецифической защиты организма. В частности, железо необходимо для миелопероксидазaзависимой генерации гипохлорной кислоты, которая является бактерицидным фактором. Магний является важнейшим компонентом ферментативных систем, участвующих в белковом, углеводном и жировом обменах. Участие магния необходимо для адекватного функционирования иммунной системы. Медь активно участвует в процессах функционирования центральной нервной и иммунной систем. Дефицит меди сопровождается снижением продукции IL-2 Т-лимфоцитами и активности Th1-ответа при инфекционно-воспалительных заболеваниях. Учитывая, что медь принимает активное участие в индукции факторов транскрипции (ядерного фактора транскрипции NF-B, NF-AT), киназ (PKC, PI-3-киназы), становится понятным, что невозможно переоценить ее значение в предотвращении развития воспалительного процесса. Бор является не только необходимым компонентом кальций-фосфорного обмена, но и важнейшим фактором, определяющим функционирование иммунной системы. В экспериментальных работах показано, что назначение бора крысам, которые получали бордефицитную диету, приводит к повышению антительного ответа на введение противотифозной вакцины, увеличивает содержание естественных киллеров и цитотоксических Т-лимфоцитов. Марганец является активатором многочисленных ферментов, участвует в биосинтезе белка, ДНК, РНК и в углеводном обмене. При его дефиците нарушается репродуктивная функция, развитие опорно-двигательной системы. Фтор стабилизирует содержание кальция в костях, в связи с чем применение фторсодержащих препаратов играет важнейшую роль в профилактике кариеса. Кобальт входит в состав молекулы витамина В12. При его недостатке появляется слабость, понижается аппетит. Недостаток молибдена сопровождается непереносимостью некоторых аминокислот, появлением раздражительности, тахикардии, «куриной слепоты» и серьезных неврологических нарушений. Ванадий способствует снижению уровня холестерина в сыворотке крови. Адекватное обеспечение организма никелем поддерживает уровень глюкозы и холестерина в сыворотке крови в пределах возрастной нормы. Фтор, кобальт, молибден, ванадий, никель также принимают участие в механизмах противоинфекционной защиты.