Дефіцит есcенціальних мікроелементів у дітей і підлітків: сучасний стан проблеми

6 309 просмотра

Хімічні складові життя
Живі організми у своєму складі містять різні хімічні елементи. Умовно, залежно від концентрації в організмі, виділяють макро- і мікроелементи. Макроелементами прийнято вважати ті з них, уміст яких в організмі становить більше 0,005% маси тіла. До макроелементів відносяться водень, вуглець, кисень, азот, натрій, магній, фосфор, сірка, хлор, калій і кальцій. Мікроелементами ж називаються хімічні елементи, що містяться в організмі в дуже малій кількості (уміст не перевищує 0,005% маси тіла, а концентрація у тканинах – не більше 0,000001%). Серед усіх мікроелементів в особливу групу виділяють так звані незамінні (ессенціальні, мікробіоелементи) – це мікроелементи, регулярне надходження яких з їжею або водою до організму необхідне для його нормальної життєдіяльності. Мова йде про залізо, йод, мідь, марганець, цинк, кобальт, молібден, селен, хром і фтор, котрі входять до складу ферментів, вітамінів, гормонів та інших біологічно активних речовин.
Фізіологічне значення макро- і мікроелементів визначається їхньою участю:
+ у структурі й функції більшості ферментативних систем, які регулюють перебіг процесів в організмі;
+ у пластичних процесах і побудові тканин (фосфор і кальцій – основні структурні компоненти кісток);
+ у підтримці кислотно-основного стану;
+ у підтримці сольового складу крові й водно-сольового обміну загалом.
Рівень надходження мікроелементів до організму залежить від їхнього вмісту в харчових продуктах і воді. Постійне зниження або підвищення концентрації певних мінеральних речовин у добовому раціоні людини, як правило, пов’язане з нестачею або надлишком цих мікроелементів у навколишньому середовищі регіону проживання. При цьому в організмі людей сформований дефіцит або надлишок певних мікроелементів призводить до розвитку відповідних ендемічних геохімічних захворювань. Найбільш вивченими є йодна і фторова ендемії. Так, у регіонах, де в навколишньому середовищі зафіксовано недостатній уміст йоду, широко розповсюджений ендемічний зоб. На територіях, що характеризуються підвищеним вмістом фтору у воді, відзначається високий рівень захворюваності на флюороз. Поряд з цим, тривале недостатнє надходження фтору до організму викликає збільшення розповсюдження карієсу.
Розподіл мікроелементів в організмі та їхнє накопичення у певних органах і системах зумовлені як їхніми хімічними властивостями, так і фізіологічною роллю. Однак у деяких випадках локалізація переважного депонування мікроелементів не пов’язана із впливом останніх на ці органи й тканини.
Головна особливість мінерального обміну в дітей полягає в тому, що процеси надходження до організму мінеральних речовин і їхнє виведення не врівноважені між собою. А для росту і розвитку дитини надходження мінеральних речовин має бути інтенсивним, поряд з тим, що вікова добова потреба в основних мікроелементах має свої особливості.

Мікроелементи відіграють важливу роль як на різних етапах розвитку дитини, так і в період вагітності й лактації у жінок. Недостатнє їх накопичення або захват можуть мати небажані наслідки як для дитини (вроджені вади розвитку, внутрішньоутробна затримка росту, низька маса тіла при народженні), так і для матері (гіпертензія, анемія, ускладнення під час пологів).

Сучасність – стан справ
Стійкий дефіцит (“прихований голод”) кальцію, йоду, цинку, заліза, міді, селену та інших важливих мікроелементів виявляють у багатьох дітей навіть у разі повноцінного харчування. Наслідки такої недостатності можуть бути тяжкими, проте виявити її часом нелегко. Втім, ставлення багатьох батьків і лікарів до проблеми профілактики й ліквідації дефіциту мікроелементів не досить серйозне. Тривала нестача кожного викликає порушення обміну речовин і різні патологічні стани. З дефіцитом мікроелементів можуть бути пов’язані часті застуди, алергія, поганий апетит, перепади в настрої дитини, навіть низька успішність у школі. Через нестачу йоду погіршується пам’ять, відбувається зниження інтелекту, випадіння волосся, порушення функції щитоподібної залози. Дефіцит цинку, що може занадто швидко розвиватись у дитячому віці, гальмує процеси росту, нормального статевого та розумового розвитку дитини. Недостатнє споживання міді у дівчаток-підлітків призводить до порушення синтезу статевих гормонів і менструального циклу. До речі, дефіцит тільки одного елемента – явище досить рідкісне, зазвичай існує багатоелементне “голодування”. Так, наприклад, розвиток сколіозу пов’язують з недостатністю не тільки кальцію, а й марганцю, міді, цинку і селену. Порушення балансу елементів у дитинстві та в період статевого дозрівання обов’язково позначається також на здоров’ї у зрілому віці.
Раціональне харчування дітей і дорослих – найважливіша умова підтримки здоров’я нації. Проте в Україні, як і в багатьох інших країнах, через соціально-економічні умови, що склалися, тільки в незначної кількості людей харчування можна вважати збалансованим.
Повсякденний раціон більшості населення в кінці ХХ століття був за складом здебільшого вуглеводно-жировим, з недостатньою кількістю тваринного білка, дефіцитом вітамінів і мікроелементів.
Результати популяційних досліджень свідчать про вкрай недостатнє споживання і зростаючий дефіцит вітамінів (А, групи В, С, Е) і мікроелементів (заліза, цинку, йоду, селену) у значної частини населення. Причому виявлений дефіцит найчастіше носить характер поєднаної вітамінно-мінеральної недостатності. Насторожує той факт, що дефіцит вітамінів і мінералів можна спостерігати не тільки взимку і навесні, а й у літньо-осінній період, що свідчить про формування у більшості населення вкрай несприятливого типу полігіповітамінозу в поєднанні з дефіцитом мікроелементів цілий рік.
Викликають занепокоєння дані щодо розповсюдженості дефіциту мікронутрієнтів серед вагітних і жінок, які годують грудним молоком новонароджених і дітей молодшого віку. Так, нестача основних харчових речовин, вітамінів і мінеральних сполук у раціоні вагітної не тільки несприятливо позначається на стані здоров’я жінки, а й призводить до розвитку вираженого їх дефіциту у плода. Стосовно ж дефіциту мікроелементів і вітамінів у раціоні матерів, які годують грудним молоком, тут також неминучий негативний вплив на здоров’я дітей. Не може не турбувати й те, що 70% дітей першого року життя у 3–4-місячному віці перебувають на штучному вигодовуванні, а 39– 42% малюків, які знаходяться на ранньому штучному вигодовуванні, отримують неадаптовані молочні суміші.
Неідеальний стан справ щодо дефіциту вітамінів та мікроелементів і у дітей старшого віку. Так, було показано, що забезпеченість вітамінами дітей і підлітків не перевищує 20–40%, а комплексний білково-вітамінний і мінеральний дефіцит відчувають до 90% з них.
Напружений рівень метаболізму в дітей, завдяки чому не тільки підтримується життєдіяльність, а й забезпечується ріст і розвиток дитячого організму, потребує достатнього і регулярного надходження мікронутрієнтів. Тому розвиток дефіциту мікроелементів у дітей може супроводжуватися різними розладами здоров’я. Незбалансоване і недостатнє (як у якісному, так і в кількісному відношенні) харчування призводить до того, що у більшості з них спостерігається дефіцит мікроелементів і вітамінів. Достатньо згадати, що у 16–47% дітей виявляють анемію, а у 24–63% – латентний дефіцит заліза. Крім цього, в результаті аліментарного дефіциту таких мікроелементів, як залізо та йод, відмічено тенденцію до погіршення психічного здоров’я дітей. А збільшення частоти виявлення недостатнього споживання йоду не можна не відзначити. За таких умов в мозку дитини, що росте, відбуваються незворотні зміни, найтяжчими наслідками яких стають олігофренія і кретинізм. Загалом, дефіцит йоду – найпоширеніша причина інтелектуальних порушень, яку можна попередити. Проте в Україні заходи з активної профілактики йодного дефіциту в останнє десятиліття були не на достатньому рівні, що не могло не позначитися на стані психічного здоров’я дітей. Тільки впродовж останніх років почали проводити дієві заходи з профілактики йодної недостатності (виробництво йодованої солі в необхідній кількості, застосування йодиду калію, вітамінно-мінеральних комплексів, що містять йод, та ін.).

Цинк
Роль дефіциту цинку для виникнення порушень росту та статевого розвитку дітей ми охарактеризували у попередній публікації.1 Зараз же дещо торкнемося інших важливих питань у педіатричній практиці.
Значення цинку для людини було визнане майже 40 років тому. Він відомий як природний мікроелемент, що впливає на ріст людей і тварин. Дефіцит його може призводити до підвищення ризику інфекційних захворювань і затримки росту в дітей, особливо віком до 5 років. Нестача цинку широко розповсюджена у країнах, що розвиваються, і значно впливає на захворюваність і смертність дітей у разі незадовільного харчування.
Цинк входить до складу більш ніж 200 ферментів, бере участь у метаболізмі білка, обміні тестостерону, сперматогенезі, біосинтезі гема, регулює ріст і поділ клітин, він необхідний для функціонування ЦНС, підвищує стійкість організму до інфекцій і новоутворень. До цинкзалежних гормонів відносять: інсулін, кортикотропін, соматотропін, гонадотропіни.
Через динамічний характер метаболізм цинку – у здорових осіб склад мікроелементу в плазмі поновлюється більш ніж 150 разів на день, а також оскільки при нестачі у раціоні харчування зменшується його екскреція, то існують певні труднощі у виявленні дефіциту цинку у дітей. Для з’ясування статусу насичення організму дитини необхідні (Child Health Research Project Special Report, 1996):
1) оцінка величини надходження цинку з продуктами харчування
2) оцінка молярного співвідношення вмісту цинку і фітатів у раціоні (відношення понад 15 є індикатором незадовільної біодоступності) (таблиця 1)
3) визначення вмісту цинку в плазмі (10,8 мкмоль/л – мінімальна нормальна концентрація, а Як допоміжний метод визначення насичення крові цинком застосовують вимірювання поглинання 65Zn еритроцитами.
Дослідження метаболічних наслідків експериментальних інфекційних захворювань у добровольців показали, при них відбувається значне зниження концентрації цинку в плазмі у гостру фазу (Brown K.H., 1996). Проте популяційні дослідження у дітей не виявили такої залежності. Більш того, більш значущими виявилися такі чинники, як вік, останній за часом прийом їжі і час доби.
Згідно результатів дослідження, проведеного в Нью-Делі, Індія, низькі концентрації цинку в плазмі крові пов’язані із збільшенням захворюваності на шлунково-кишкові і респіраторні розлади. Так, діти, у яких первісно був низький вміст мікроелементу у плазмі крові ( Вищенаведене може бути (якнайменше почасти) обумовлено тим, що дефіцит цинку впливає на клітинну імунну відповідь. Штучне цинкове “голодування” у добровольців (5–10 мг/день мікроелементу) викликало через 8–12 тижнів зниження вмісту цинку у лімфоцитах і зниження активності тимуліну. Окрім того, у крові у донорів, які страждають на дефіцит цинку, продукція інтерлейкіну-2 (IL2) Т-хелперами істотно зменшена при, водночас, непорушеній продукції IL4, IL5, IL6 та IL10. Отже, дисбаланс між TH1 і TН2 субпопуляціями Т-клітин за умов дефіциту цинку може являти собою механізм порушень клітинного імунітету. Окремо відзначають зменшення співвідношення CD4/CD8 лімфоцитів, що є ознакою зменшення появи “ненавчених” клітин у тимусі, а також кількості цитотоксичних лімфоцитів CD8 і CD73 (Child Health Research Project Special Report, 1996).
За результатами робіт P. Christian та K.P. West (1998) існує взаємозалежність метаболізму цинку і вітаміну А, так само як і можливі наслідки для здоров’я. Цинк необхідний для синтезу ретинолдегідрогенази, ферменту, який перетворює ретинол до ретінальдегіда в кишечнику та інших тканинах, в тому числі сітчастій оболонці ока, де цей цинк-залежний ензим бере участь у зоровому циклі. Цинк задіяний в регуляції абсорбції вітаміну і необхідний для синтезу ретинолзв’язуючого білка в печінці. Результати експериментальних анімальних досліджень дозволяють припустити, що може існувати певний поріг концентрації цинку, нижче якого порушується секреція та транспорт вітаміну А з печінки. Таким чином, адекватне харчове надходження цинку вірогідно необхідне для всмоктування, транспортування, зберігання і забезпечення деяких функції вітаміну А. І навпаки, тяжка недостатність вітаміну А може негативно позначитися на абсорбції цинку через скомпрометований синтез кишкового цинк-зв’язуючого протеїну. Окрім того, при деяких захворюваннях печінки дефіцит цинку може зумовлювати збільшення ризику курячої сліпоти.
Найновіші відомості щодо термінів появи клінічних симптомів дефіциту цинку (майже повне штучне цинкове “голодування” у добровольців) і відповідні величини вмісту мікроелементу у плазмі крові наведені в таблиці 2.

Селен
Селен 1817 року відкрив шведський хімік Й. Берцеліус. Перші згадки у літературі стосовно біологічної ролі даного мікроелементу датуються 1842 роком, коли було встановлено, що Bacillus ferreus можуть відновлювати його сполуки. В організмі людини міститься близько 14 мг селену. Вміст його у плазмі становить 50–150, у сечі – 3–75, у печінці – 0,1–0,8, у волоссі – 2,5–5 мкг/г, відповідно. З віком кількість селену значно зменшується. Деякі рослини, наприклад астрагал, можуть накопичувати до 0,1% (1000 частин на мільйон) селену. Токсичність же деяких диких рослин, а також – грибів1 (зокрема, мухоморів) може бути зумовлена наявністю в них великої кількості сполук селену. Високу здатність накопичувати селен мають дріжджі та спіруліна.
До 1957 року селен розглядали як токсичний компонент їжі, причому було описано багато випадків отруєнь його сполуками. І тільки 1957 року К. Шварц і С. Фольц продемонстрували ессенціальність мікроелементу. Було доведено, що недостатність селену в їжі у тварин призводить до розвитку міодистрофії, кардіоміопатії та цирозу печінки. Виражений аліментарний дефіцит у людей трапляється в ендемічних районах і має перебіг як хвороба Кешана (ураження серця, печінки, скелетних м’язів) і хвороба Кашина-Бека (остеопатія, переважно в дитячому віці).
Джерелом селену є зернові продукти, м’ясо, субпродукти, менше – риба, молоко. Деякий вплив на вміст селену чинить кулінарна обробка. Під час приготування їжі м’ясо, овочі, молоко, фрукти втрачають до 78% селену, найменше – борошно і крупи (до 10%). Тому хліб, каші, свіжі овочі та фрукти є гарантованим джерелом селену для жителів України.
У межах певних територій споживання селену є значно нижчим від необхідного. За умов вказаного дефіциту в жителів таких регіонів знижується вміст мікроелементу у крові, але ще раніше – активність Se-глутатіонпероксидази (GPX) – одного з основних антиоксидантних ферментів (проведено багато досліджень, які встановили вплив селену на окисні процеси клітинного метаболізму). Селен необхідний для регенерації цього ензиму. За умов дефіциту селену знижуються рівні селеновмісних білків. При цьому мікроелемент, що є наявним в недостатній кількості, витрачається ощадливо, причому у мозку, а також органах репродуктивної та ендокринної систем деякий час підтримується певна концентрація селену внаслідок його перерозподілу в організмі. Надалі в репродуктивній системі рівень селену поступово знижується, розвивається селенозалежна ендокринна і гінекологічна патологія. Цей феномен називають “жертва репродукції”. Організм намагається зберегти себе, як життєздатну одиницю, а репродуктивне надзавдання тимчасово відключається.
В організм людини селен потрапляє у вигляді сполук з амінокислотами – селенометіоніна (Se-Me) і селеноцистеїна (Se-Cys), які добре всмоктується у шлунково-кишковому тракті. У подальшому селен може включатися до складу білків (Se-Me замість метіоніну) або ж селеніду (розпад Se-Me та/або Se-Cys з утворенням H2Se), який власне забезпечує реалізацію біологічної активності мікроелементу. Ідентифіковано близько 20 протеїнів, що містять селен. Процес включення останнього до таких білків дуже складний. Так, спочатку селен, який поступив з їжею, перетворюється у селенід, далі утворюється селен-фосфат, який служить субстратом для конверсії серил-тРНК у селеноцистеїл-тРНК. До речі, йому відповідає кодон мРНК UGA, у зв’язку з чим селеноцистеїн називають 21-ю амінокислотою. До селензалежних білків відносяться GPX, тіоредоксинредуктази (Trs), йодтироніндейодинази (Ds), а також селенопротеїни P, W,T, M та ін.
Глутатіонпероксидази (GPX 1–6) є головними ферментами антиоксидантного захисту. Їхня функція полягає у підтримці стабільної внутріклітинної концентрації відновленого глутатіону. Найбільш дослідженою є цитозольна глутатіонпероксидаза (GPX 1). Доведено, що GPX 1 відіграє основну захисну роль під час розвитку оксидантного стресу (ОС). В експерименті показана лінійна залежність між активністю GPX 1 і виживаністю мишей в умовах вираженого ОС. Крім того, активність GPX 1 більш залежна від умісту селену порівняно з іншими ферментами, тому в еритроцитах вона є простим і чутливим показником селенового статусу організму. Внутріклітинний і тканинний рівні GPX 1 також впливають на активність механізмів апоптозу, фосфорилювання протеїнкіназ. Варто підкреслити, що гіперекспресія GPX 1 призводить до розвитку інсулінорезистентності й ожиріння. Накопичені експериментальні дані щодо зв’язку зміни експресії GPX 1 з етіологією раку, кардіоваскулярних й аутоімунних захворювань, цукрового діабету. Проводяться також клінічні дослідження ролі GPX 1. Доведено, що низький рівень GPX 1 в еритроцитах значно підвищує ризик кардіоваскулярних захворювань: інфаркту міокарда, інсульту.
Селенопротеїн P є основним позаклітинним джерелом селену та якісним маркером забезпечення організму цим мікроелементом. Селенопротеїн P – єдиний білок, який містить більше одного атома селену (за високого забезпечення мікроелементом може вміщувати до 10 атомів). Припускають, що селенопротеїн P виконує функцію транспорту селену до різних тканин, головним чином – головного мозку. R.F. Burk і співавтори встановили, що введення селеніту натрію призводить до значного збільшення вмісту селенопротеїну P у мозку (порівняно з іншими тканинами). Цікаво, що в умовах дефіциту мікроелементу захват мозком селенопротеїну P підвищується у 5 разів, при цьому низькомолекулярні сполуки селену мозком не утилізуються. Крім того, інші автори довели, що генетичний дефіцит селенопротеїну P у трансгенних мишей призводить до зниження експресії інших церебральних селенопротеїнів. За попередніми даними, це пов’язано з механізмом їхнього синтезу: за умов клітинного дефіциту селену кодон UGA (кодує селеноцистеїн) починає відігравати роль стоп-кодона і синтез селенобілка припиняється. За даними S.J. Glatt і співробітників, зниження активності селенопротеїну P1 є патогномонічним для шизофренії: у разі загострення знижується до критичних цифр, при насиченні спостерігається покращення стану.
Функції інших селенопротеїнів менш вивчені. Відомо, що селенопротеїн H відіграє роль редокс-залежного регулятора транскрипції для генів глутатіону і детоксикації. Селенопротеїн K також є антиоксидантом, переважно в кардіоміоцитах. Генетичні дефекти селенопротеїну S є факторами ризику кардіоваскулярних захворювань, особливо в жінок. У свою чергу, Y.R. Kim і співавтори наполягають, що селенопротеїн W – важливий буфер проти отруєння мозку метилртуттю. Крім того, селенопротеїн W відіграє значну роль у рості й диференціюванні м’язової тканини. Як показали дослідження групи під керівництвом V. Allamand, мутації гена селенопротеїну N є причиною розвитку однієї з форм уродженої міопатії.
У цілому, найбільш вивченою функцією селену є саме регуляція антиоксидантних процесів у всіх органах і тканинах, передусім у ЦНС. Крім того, B. Gabryel і співавтори довели зв’язок окисно-відновлювальних процесів й апоптозу, а. H. Blessing і колеги з’ясували той факт, що взаємодія селену з цинк-фінгерними білками необхідна для процесів репарації ДНК. Порушення цих процесів призводить до нестабільності генома і, як наслідок, до канцеро- і мутагенезу.
Селен відіграє найважливішу роль у функціонуванні імунної системи. Так, в умовах його дефіциту порушуються процеси антигензалежної проліферації лімфоцитів, хемотаксис нейтрофільних гранулоцитів, знижуються рівні IgA, IgG, IgM.
Щитоподібна залоза є органом з найвищим рівнем селену на 1 г тканини, тому дефіцит мікроелементу має велике значення в патогенезі зобу. Низький уміст селену в навколишньому середовищі значно ускладнює перебіг йоддефіцитних станів. Причиною розвитку ендемічного кретинізму M.B. Zimmermann і співавтори вважають поєднаний дефіцит йоду і селену. Патогенетичний механізм тут є такий. Для синтезу тиреоїдних гормонів потрібна йодизація тиреоїдних залишків на тиреоглобуліні, запаси якого сконцентровані у тиреоїдному фолікулі. Йодизація каталізується тиреопероксидазою і потребує наявності перекису водню, що є небезпечним для тиреоциту. Утворення перекису водню регулюється тиреотропним гормоном через низку проміжних реакцій. У разі утворення надмірної кількості перекису водню, що здійснює ушкоджуючий вплив на тиреоцит, такий надлишок нейтралізується внутрішньоклітинними селеновмісними GPX, TR. Таким чином, глутатіонпероксидази забезпечують додаткові механізми контролю синтезу тиреоїдних гормонів шляхом регуляції концентрації перекису водню у фолікулі.
Актуальним питанням залишається використання селену для профілактики і лікування різних захворювань у дітей і підлітків, оскільки рання корекція селенового дефіциту дає змогу захистити організм дитини від розвитку селендефіцитних захворювань. У зв’язку з цим, в останні роки започатковано велику кількість епідеміологічних досліджень ефективності і безпеки профілактичного застосування антиоксидантних агентів, включаючи селен, ролі змін оксидантного статусу в розвитку захворювань серцево-судинної системи, онкологічних хвороб, нейродегенеративних нозологій. R. Thiel і співавтори (2007) довели, що застосування комплексу антиоксидантних агентів попереджує розвиток деменції у дітей із хворобою Дауна. M.M. Berger і співробітники (2006) наводять дані щодо доцільності коротких курсів внутрішньовенного застосування препаратів селену в хворих у критичних станах. Б. Харвіц і співавтори (2007) встановили, що призначення селену в дозі лише 20 мкг/добу протягом 9 місяців призводить до пригнічення прогресування вірусного навантаження (p Згідно з попередніми дослідженнями, проведеними нами щодо визначення вмісту селену у хворих на різні форми затримки росту і статевого розвитку, виявлено значне зниження концентрації цього мікроелементу як у волоссі (0,05–0,20 мкг/г за норми 0,30–1,2 мкг/г), так і в крові (0,01–0,05 та 0,07–0,15 мкг/мл, відповідно) низькорослих дітей.

Висновок
Профілактику дефіциту вітамінів і мікроелементів у дитини треба починати ще в антенатальному періоді її розвитку. Доцільно рекомендувати жінкам повноцінну, збалансовану дієту, збагачену необхідними мікронутрієнтами. Можна рекомендувати вживання спеціального молочного напою та мінерально-вітамінних комплексів, що містять необхідні вітаміни і мінеральні речовини у повній відповідності з потребами вагітних і жінок, які вигодовують малят грудним молоком. Крім того, треба приділяти велику увагу профілактиці мікроелементної недостатності протягом усього періоду дитинства шляхом забезпечення збалансованої дієти і застосування полімінеральних препаратів. Дослідження останніх років свідчать про необхідність організації досліджень з виявлення дефіциту ессенціальних мікроелементів серед дитячого населення, проведення корекції виявлених дефіцитних станів і доцільність включення препаратів, що містять ессенціальні мікроелементи (залізо, йод, мідь, марганець, цинк, кобальт, молібден, селен, хром, фтор), до схем комплексного лікування багатьох ендокринних захворювань дитячого та підліткового віку (порушення росту і статевого розвитку, патологія щитоподібної залози, цукровий діабет, ожиріння тощо).


Автора
О.В. Большова
д.м.н., керівник відділу дитячої ендокринної патології

В.Г. Пахомова
ДУ “Інститут ендокринології та обміну речовин
ім. В.П. Комісаренка
НАМН України”