Аналітичний, токсикологічний та біохімічний аналіз сполук цинку та їх роль для життєдіяльності організму людини

Размещено на http://allbest.ru

Черкаська медична академія

Аналітичний, токсикологічний та біохімічний аналіз сполук цинку та їх роль для життєдіяльності організму людини

Кухнюк Оксана Володимирівна доктор філософії,

завідувачка кафедри фармацевтичних дисциплін

Снісар Олена Анатоліївна кандидат педагогічних наук,

завідувачка кафедри природничих дисциплін

Коцюруба Володимир Полікарпович кандидат медичних наук

завідувач кафедри терапевтичних дисциплін

Ліфер Каріна Олександрівна викладачка

кафедри природничих дисциплін

Анотація

У статті описані біохімічна роль цинку як мікроелементу, його обмін в організмі, причини і ознаки дефіциту. В тілі людини міститься 2 г цинку. Він є природним імуностимулятором, без нього неможливе правильне формування кісток, нормальна робота травлення і практично всіх систем органів. Рекомендована добова доза споживання цинку для дорослих 10-15 мг. Проаналізовано причини нестачі мінералу. Доведено, що уникнути розвитку цинкдефіцитних станів можна за рахунок раціонального харчування. Цинк в організм людини надходить з їжею. У публікації наведені результати досліджень. Вміст цинку в овочах складає 1,15-8,82 мг/кг при нормі 10,0 мг/кг, найбільше акумулює морква і буряк. Добова потреба в мінералі 10-15 мг. Джерелом надходження мікроелементу є: хлібопродукти, морепродукти, м'ясо, молочні продукти, соя, дріжджі, морква, яйця. Цинк розподіляється по всім клітинам організму, тому його важко виміряти. Для діагностики рівня мінералу в організмі використовують біологічний матеріал (сечу, кров, волосся). Проведений аналітичний, токсикологічний та біохімічний аналіз сполук цинку. Використані методи якісного та кількісного аналізу цинку, зокрема якісні реакції, метод інверсійної вольтамперометрії, метод атомно-абсорбційна спектрометрії. Визначено показник фізіологічної норми для цинку - 70,0-150,0 мкг/дл. У надлишку іони цинку є токсичними для організму людини. У статті наголошується, що вивчення особливостей надходження і розподілу цинку в організмі людини потрібні для корекції добової потреби мікроелементу та розуміння перебігу метаболічних процесів.

Ключові слова: мікроелемент Цинк, есенціальний елемент, дефіцит, добова потреба, аналіз, метод, метаболізм.

Abstract

Analytical, toxicological and biochemical analysis of zinc compounds and their role for vital activities human organism

Цинк за життєвою необхідністю належить до есенціальних елементів. Цей мінерал важливий для міцного імунітету і потрібен для :

- виробництва білків і ДНК;

- росту і відновлення м'язів;

- правильного відчуття смаку і запаху;

- швидкого загоєння ран;

- допомоги імунній системі у боротьбі з бактеріями і вірусами;

- покращення травлення;

- регуляції вироблення гормонів [1].

Кількість прийнятого цинку організмом людини залежить від його особливостей та індивідуальних потреб.

Середня доза мінералу для дорослих становить 10-20 мг в день, але при хворобах, сильних навантаженнях та у період відновлення організму суттєво збільшується. Важливо розуміти, що добова потреба мікроелементу складається із кількості мікроелементу, що повинна потрапляти в організм людини з продуктами харчування і не шкодити йому.

Цинк - вірний супутник спортсменів і всіх активних людей. Інтенсивні фізичні навантаження сприяють швидкому виведенню цинку разом з сечею і потом (табл.1). цинк метаболічний імуностимулятор здоров'я

Таблиця 1.

Споживання та виділення цинку організмом людини

Характерною особливістю є те, що під час підвищених фізичних і розумових навантажень цинк засвоюється краще. Доведено, що допоможуть кращому засвоєнню цинку вітаміни А і Е [8]. Як ми з'ясували, основне джерело надходження мікроелементу до організму - продукти харчування.

Наприклад, питна вода покриває 1-10% добової потреби в Zn. Уміст елементів у продуктах залежить від геохімії місцевості та набору продуктів раціону. Значення гранично допустимої концентрації (ГДК) металу у ґрунті та продуктах харчування представлені у таблиці (табл.2.) .

Таблиця 2.

Гранично допустимі концентрації (ГДК) цинку

Багато продуктів тваринного та рослинного походження від природи багаті цинком, що дозволяє більшості людей споживати достатню кількість елементу (табл. 3).

Визначити стан обміну хімічних елементів в організмі й токсичний вплив на нього можна за вмістом у крові, волоссі, слині, шлунковому соку, сечі. Для цього використовуються сучасні аналітичні методи (атомно-емісійна й мас-спектрометрія, атомно-абсорбційна спектрофотометрія та ін.).

Таблиця 3.

Продукти з найбільшою кількістю цинку на 100 г

Оскільки цинк розподіляється по усьому організму (як компонент білків і нуклеїнових кислот), його досить важко виміряти. Щоб точно дізнатися про рівень цинку в організмі, доведеться здати аналіз на вміст в сечі, крові або волоссі.

Останнім часом усе більший інтерес викликає дослідження волосся, оскільки вміст мікроелементів в ньому відображає елементний статус усього організму і є інтегральним показником мінерального обміну. За допомогою плазмово-спектрометричного аналізу волосся можна визначити схильність організму до тих або інших відхилень і хвороб.

Аналіз на вміст цинку в сироватці крові допомагає виявити нестачу або надлишок цього елементу. Дослідження венозної крові проводять атомно- абсорбційною спектрометрією. Показник фізіологічної норми 70,0-150,0 мкг/дл (табл.4) [2]. Для дослідження метаболізму цинку використовують сироватку або плазму. Рівень цинку в крові відповідає добовому ритму життя, зокрема підвищується о 9.00 зранку та біля 18.00 години ввечері.

Показаннями до обстеження є наступні симптоми: ослаблення волосся та нігтів, уповільнене загоєння ран, підвищена сприйнятливість до інфекцій.

Таблиця 4.

Референтні значення показника цинку

Дослідження екскреції цинку з сечею є індикатором слабопов'язаного, обмінного цинку і не завжди відображає загальні запаси елементу в організмі.

Вміст цинку в сечі залежить від його рівня надходження в організм і спрямованості процесів метаболізму. Екскреція цинку з сечею може трикратно зрости після короткочасного голодування в результаті активації катаболічних процесів [9].

Дослідження вмісту цинку у продуктах харчування проводилося на прикладі зразків овочевої продукції, зокрема моркви, буряку, картоплі із різних районів Черкаської області.

Експеримент проводився в лабораторії Державної установи «Черкаський обласний центр контролю та профілактики хвороб Міністерства охорони здоров'я України».

Згідно Наказу МОЗ України від 13.05.2013 № 368 «Про затвердження Державних гігієнічних правил і норм» та ДСТУ 7033:2009 кількість допустимого вмісту цинку у продуктах по НТД складає 10,0 мг/кг.

У наших дослідженнях овочів залишкова кількість цинку не перевищує допустимі норми згідно Наказу МОЗ України № 368.

У середньому вміст мікроелементу в овочах складає в межах 1,15-8,82 мг/кг при нормі 10,0 мг/кг.

Досліджено, що найбільше акумулюють цей метал коренеплоди моркви (табл. 5).

Таблиця 5.

Вміст мікроелементу в овочах з Черкаської області, мг/кг (середнє за 2022 р.)

Треба пам'ятати, що цинк погано всмоктується в кишечнику: з 12-15 мг цинку, які містяться у харчовому раціоні, всмоктується лише 5-6 мг. Підвищити рівень цинку в організмі можна, використовуючи лікарські рослини у вигляді відварів і чаїв.

Рослинами-накопичувачами мінералу є: береза повисла, чистотіл великий, череда трироздільна, фіалка триколірна, фіалка польова, алое деревовидне, перстач прямостоячий, петрушка.

Цинк використовується і у фармації у складі різних препаратів.

Наприклад, катіони цинку містять очні краплі «Циборат-Офтан». Аналітичний експеримент полягав у визначенні цинк сульфату у даному препараті.

Оскільки катіон цинку належить до IV аналітичної групи, дослідження полягало у його визначенні взаємодією з груповим реактивом, а саме концентрованим розчином гідроксиду натрію.

Аналітичний ефект - утворення білого осаду Zn(OH)2, який розчиняється у надлишку гідроксиду натрію.

Кількісне визначення проводилося в аналітичній лабораторії за допомогою методу комплексонометричного титрування 0,01 М розчином Трилону Б.

Для підтримання середовища (рН лужне) використовувався амонійний буфер, в якості індикатора - еріохром чорний.

В аналітичній лабораторії за методикою до 1,0 мл зразку, що містить катіон цинку додають 5 мл аміачного буферного розчину і 0,02 г індикатора.

Титрують 0,01 М розчином натрій едетату до появи синього кольору. Не отримуючи достатньої кількості цинку, організм сигналізує наступними проблемами:

- швидкою втомлюваністю;

- зниженням концентрації;

- порушеннями в роботі нервової системи;

- втомою очей, погіршенням нічного зору;

- повільним загоєнням ран;

- випаданням волосся;

- характерним сірим відтінком шкірних покривів;

- розладом травлення;

- порушенням смаку та нюху;

- дистрофією;

- захворюваннями шкіри (вугрі, різні висипання, екземи, часті запалення);

- зниженням синтезу колагену [1, 6].

При помірному дефіциті спостерігається:

- повільний ріст у дітей;

- алопеція;

- лущення шкіри;

- глосит, стоматит, блефарит, пароніхія;

- безплідність;

- мала кількість сперми [10].

При значному дефіциті:

- затримка розвитку кісток;

- гепатоспленомегалія, гіпоплазія й гіпофункція яєчок;

- низький зріст або карликовість;

- ретробульбарний неврит;

- погане розрізнення кольорів;

- катаракта [10].

У надлишку іони цинку є токсичними для організму людини. Небезпеку гострого інгаляційного отруєння представляють аерозолі металевого цинку, його оксиду і хлориду.

Надходження цинку в концентрації вище 150 мг можливе при вживанні води, яка тривалий час зберігалася в посуді з оцинкованими стінками. Тому не можна готувати їжу в оцинкованому посуді, квасити капусту, овочі, яблука.

Період напіввиведення цинку - 245 діб, поріг токсичності - 600 мг/добу.

Висновки

Цинк - необхідний для людини і є функціональним елементом. Організм має потребу в ньому протягом усього життя, починаючи від формування плоду в утробі матері і закінчуючи глибокою старістю. Він є природним імуностимулятором, без нього неможливе правильне формування кісток, нормальна робота травлення і практично всіх систем органів.

Цинк міститься у складі нуклеопротеїдів, сприяє засвоєнню вітаміну А та сприяє нормальному зору, входить до складу речовин, які забезпечують антиоксидантний захист, важливий для формування імунітету. Цинк необхідний для роботи репродуктивної, нервової систем, кісткової тканини, здорового та гарного стану шкіри, нігтів, волосся. Найбільша концентрація цинку спостерігається у скелетних м'язах, гіпофізі, підшлунковій залозі, тканинах очей, печінки, мозку, статевих органах. Цинк також допомагає при застуді, а саме його присутність пригнічує поширення риновірусів. Сучасні протоколи лікування COVID-19 містять рекомендації щодо вживання цинку. Цинк не зберігається в організмі, а отже - його запаси необхідно поповнювати. Приблизно у третини людей у всьому світі діагностовано легку або помірну недостатність цинку. Щоб уникнути дефіциту необхідно дві речі: збалансоване харчування та контроль за споживанням мікроелементу. У середньому добова потреба в мінералі складає 10-15 мг. Незважаючи на те, що цинк присутній у багатьох продуктах, його біологічна доступність обмежена. Щоб задовольнити потребу організму в мінералі за даними ВООЗ обов'язково необхідно приймати 11 мг на добу для чоловіків і 8 мг для жінок. «верхня межа» кількості цинку для дорослих людей (старше 19 років) - 40 мг на добу [10].

Джерелом надходження мікроелементу є: хлібопродукти, м'ясо, молочні продукти, соєві боби, дріжджі, морепродукти, морква, яйця. Доведено, що мінерал збільшує всмоктуваність вітаміну А та знижує всмоктуваність заліза, міді та кальцію. Алкоголь заважає включенню Zn у його звичайні ензимні комбінації в печінці. Кава погіршує всмоктування препаратів цинку, а свинець посилено накопичується при нестачі Ca, Mg і Zn. Доведено, що дефіцит цинку призводить до формування психічної та фізичної залежності від алкоголю.

Причинами цинкдефіцитних станів найчастіше є генетичні патології; порушення всмоктування, які пов'язані із захворювання кишківника; цукровий діабет; екзогенний дефіцит цинку через недостатність його у продуктах харчування; надмірне вживанням алкоголю, кави, чаю, а також солі та цукру. Дефіцит цинку може виникати під час вагітність та годування дитини грудним молоком, при надмірних емоційних навантаженнях, стресі. Погіршують засвоєння цинку і деякі лікарські препарати: кортизон, цитостатики, пеніцилін, протизаплідні засоби.

Перші ознаки дефіциту можуть проявлятися млявістю і апатією, відсутністю сил, порушеннями статевої сфери. Чоловіки, у яких спостерігається дефіцит цього мікроелемента, страждають від імпотенції та безпліддя. Надлишок цинку може викликати подразнення шлунково-кишкового тракту. Клінічні прояви нестачі мінералу не специфічні, вони змінюються і залежать від ступеня і тривалості дефіциту. Включають наступні показники: затримку росту, збільшення частоти інфекцій, діарею, втрату апетиту, зміну пізнавальних функцій, порушення вуглеводного обміну, анемію, збільшення в розмірі печінки та селезінки, тератогенез, ураження шкіри, випадіння волосся та погіршення зору. Постійний надлишок цинку в організмі людини уповільнює ріст кісток, призводить до ослаблення сухожильних рефлексів, фіброзного переродження підшлункової залози, хвороби Альцгеймера. Вміст цинку в біологічному матеріалі (сеча, волосся, кров) в Україні можна визначити у лабораторіях Dila та Synevo. Тривалість визначення 10-12 днів.

Література

1. Про що час подумати: цинк. URL: https://doctorthinking.org/2020/12/zincum/

2. Лабораторний довідник Сінево. За ред. О.І. Винник. 2019. 732 с.

3. Мартинова С. М., Горбач Т. В., Ярмиш Н. В., Гопкалов В. Г., Полікарпова Г. В. Метаболічні ефекти цинку (огляд літератури). Український журнал медицини, біології та спорту. 2019. Т. 4, № 6. С. 16-24.

4. Веб-сайт Перша українська цинковня. Захист довкілля. Про цинк. URL: https://www.zink.com.ua/zahyst-dovkillya

5. Голубцов О., Сорокіна Л., Сплодитель А., Чумаченко С. Вплив війни росії проти України на стан українських ґрунтів. Результати аналізу. Київ: ГО «Центр екологічних ініціатив «Екодія», 2023. 32 с. URL: https://ecoaction.org.ua/wp-content/uploads/2023/03/ zabrudnennia-zemel-vid-rosii-summary.pdf

6. Цинкдефіцитні стани: сучасні погляди на проблему. URL: www.umj.com.ua/uk/ novyna-2383-cinkdeficitni-stani-suchasni-poglyadi-na-problemu

7. БАДи та коронавірус: чи можуть захистити і полегшити COVID-19 вітаміни С, D, а також цинк. URL: https://life.pravda.com.ua/health/2021/01/14/243649/

8. Перепелиця О. П. Екохімія та ендоекологія елементів: Довідник з екологічного захисту. К. НУХТ; Екохім, 2004. 736 с.

9. Веб-сайт Dila. Цинк. Венозна кров. URL: https://dila.ua/labdir/424.html

10. Цинк: особливості, користь, правила застосування. URL: https://korisno.24tv.ua/ tsink-osoblivosti-korist-pravila-zastosuvannya-korisno_n1515790

References

1. Pro shcho chas podumaty: tsynk [Time to think about: zinc]. URL: https://doctorthinking.org/ 2020/12/zincum/ [in Ukrainian].

2. Laboratornyi dovidnyk Sinevo [Laboratory handbook Sinevo]. Za red. O.I. Vynnyk. 2019. 732 s. [in Ukrainian].

3. Martynova S. M., Horbach T. V., Yarmysh N. V., Hopkalov V. H., Polikarpova H. V. Metabolichni efekty tsynku (ohliad literatury) [Metabolic effects of zinc (literature review)]. Ukrainskyi zhurnal medytsyny, biolohii ta sportu. 2019. T. 4, № 6. S. 16-24 [in Ukrainian].

4. Veb-sait Persha ukrainska tsynkovnia. Zakhyst dovkillia. Pro tsynk [Environmental Protection. About zinc]. URL: https://www.zink.com.ua/zahyst-dovkillya [in Ukrainian].

5. Holubtsov O., Sorokina L., Splodytel A., Chumachenko S. Vplyv viiny rosii proty Ukrainy na stan ukrainskykh gruntiv. Rezultaty analizu [The impact of Russia's war against Ukraine on the state of Ukrainian soils. Analysis results]. Kyiv: HO «Tsentr ekolohichnykh initsiatyv «Ekodiia», 2023. 32 s. URL: https://ecoaction.org.ua/wp-content/uploads/2023/03/ zabrudnennia-zemel-vid-rosii-summary.pdf [in Ukrainian].

6. Tsynkdefitsytni stany: suchasni pohliady na problemu [Zinc deficiency states: modern perspectives on the problem]. URL: www.umj.com.ua/uk/novyna-2383-cinkdeficitni-stani- suchasni-poglyadi-na-problemu [in Ukrainian].

7. BADy ta koronavirus: chy mozhut zakhystyty i polehshyty COVID-19 vitaminy S, D, a takozh tsynk [Dietary supplements and the coronavirus: can vitamins C, D and zinc protect and alleviate COVID-19]. URL: https://life.pravda.com.ua/health/2021/01/14/243649/ [in Ukrainian].

8. Perepelytsia O. P. Ekokhimiia ta endoekolohiia elementiv: Dovidnyk z ekolohichnoho zakhystu [Ecochemistry and endoecology of elements: Handbook of environmental protection]. K. NUKhT; Ekokhim, 2004. 736 s. [in Ukrainian].

9. Veb-sait Dila. Tsynk. Venozna krov [Zinc. Venous blood]. URL: https://dila.ua/labdir/424.html [in Ukrainian].

10. Tsynk: osoblyvosti, koryst, pravyla zastosuvannia [Zinc: features, benefits, rules of use]. URL: https://korisno.24tv.ua/tsink-osoblivosti-korist-pravila-zastosuvannya-korisno_n1515790 [in Ukrainian].

Размещено на Allbest.ru