|
ПРОБЛЕМНІ СТАТТІ УДК 546.23:612.017 МИКРОЭЛЕМЕНТ СЕЛЕН — ТОКСИКАНТ ИЛИ АНТИТОКСИКАНТ?Л.Ф. Щелкунов, к.т.н., М.С. Дудкин Одесская государственная академия пищевых технологий В настоящий момент наступило время подробного описания всего того, что вмещает в себя понятие "селен" и почему этому, на первый взгляд, не очень важному компоненту пищи человека стоит уделять серьезное внимание, не забывать о нем при составлении рационов питания и при профилактике некоторых заболеваний. К таким заболеваниям, в первую очередь, можно отнести онкологические болезни различной этиологии, сердечно-сосудистые, а также, возможно, и сахарный диабет. Последний включен в этот список в связи с тем, что найдена взаимозависимость между соотношением в пище (питьевая вода, воздух, продукты питания) микроэлементов селен-йод (Se/J) и проявлением различных форм сахарного диабета (СД) и, так как, подобное соотношение Se/J в продуктах питания и воде напрямую зависит от такого соотношения в почвах и, по логике, влияет на содержание селена и йода в организме животных и человека (кровь, волосы и др.), то вот здесь и кроется ответ на вопрос — почему мы уделяем внимание в данной работе также и сахарному диабету, одной из причин повышенной заболеваемости которым является неоптимальное потребление и содержание Sе в организме. Обнаруженная выраженная вариабельность территориального распределения Sе и йода побуждает исследователей анализировать их взаимоотношения в различных объектах. Отмечается [1], что значения коэффициента Sе/I обычно колеблется в пределах 8-16. Известны данные [2] о неблагополучной ситуации относительно миграции в пищевых цепях селена и йода в Забайкалье. Сочетание дефицитов этих двух микроэлементов может служить одним из главных факторов риска в провоцировании IДД, в первую очередь, эндемического зоба. Что же касается онко- и сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), то их проявления в зависимости от микроэлемента селена будут описаны несколько ниже. В зоне Нечерноземья, простирающейся от северо-восточных границ США, через Европу до восточных границ России, наиболее часто встречаются биогеохимические провинции с недостатком селена. С целью выявления особенностей поведения Sе в различных таксонах биосферы В.В. Ермаковым с сотрудниками [3] были осуществлены биогеохимические исследования геохимически контрастных территорий. Se определяли спектрофлуориметрическим методом. Для дифференцированного определения форм микроэлемента в почвах использовали методику последовательного извлечения и фракционирования его соединений. Установлено, что в почвенно-растительном комплексе различных ландшафтов Sе распределен дискретно. В условиях засушливых биогеоценозов миграция Sе в растения из почв, наряду с другими элементами, более выражена по сравнению с природными комплексами Нечерноземной зоны России. Однако, в пределах регионов и субрегионов существуют участки с относительно нормальным и пониженным содержанием Sе в почвах и растениях. В ряде случаев это обусловлено типом почвообразующих пород и характером процессов формирования почв. Наименьшие концентрации Sе обнаружены в кристаллических выветренных гранитах, метаморфических песчаниках, песчаных отложениях, моренных супесях. Существует тенденция приуроченности Sе-дефицитных провинций к зонам выхода кислых изверженных горных пород. В пределах Европейской части Нечерноземья наблюдается дефицит Sе, несмотря на нормальное его содержание в породах и почвах. Это явление отнесено к слабой ассимиляции его растениями, произрастающей на подзолистых и торфяных почвах. Коэффициент биологического поглощения селена в системе: растение — почва для этого региона часто не превышает 0,2. Аккумулятивная способность растений довольно высока в Центральном Черноземье (0,6-0,8). Обнаружена положительная корреляция между концентрациями Sе в поверхностных водах и дождевых осадках. Основные источники Sе в поверхностных водах следующие: атмосферные выпадения, твердая атмосферная составляющая и почвенный селен. Предполагается, что преобладающая часть Sе атмосферных осадков может быть почвенного генезиса за счет выделения летучих селенсодержащих соединений в атмосферу. Результаты комплексных биогеохимических исследований свидетельствуют о том, что проявление Sе-дефицитных патологий в ряде случаев не зависит от его уровня в пищевых цепях, а обусловлено техногенными и биологическими факторами (использование пойменных и культивируемых кормовых трав, разведение слабо- адаптированных пород животных, несбалансированность рационов). В отношении человека при современном слабо контролируемом питании биогеохимическая связь между потреблением селена и патологическими нарушениями еще более сложна. В этом случае основным критерием в обеспеченности селеном является фактическое его содержание в пищевых рационах и суточное потребление, а также усвояемость различных селенсодержащих веществ и связь с антиоксидантами и антагонистами метаболизма. Существенную роль играет также метаболическая связь между йодом и селеном. Следует обратить внимание на зависимость статуса селена от техногенного загрязнения природных комплексов. Так, в Южно-Уральском медно-цинковом субрегионе биосферы селенодефицитные патологии встречаются в районах, где уровень содержания Sе в пастбищных растениях или нормальный (180-250 мкг/кг) или слегка повышен (250-400 мкг/кг). Учитывая повышенные концентрации в кормах меди и ряда других металлов, можно предполагать проявление в данном районе конкурирующих свойств избытка тяжелых металлов на метаболизм Sе, возможно, в результате взаимодействия селенсодержащих белков и пептидов с металлами. Однако, данное явление требует дополнительных исследований. Такие вещества, как мышьяк и сера, обладают конкретным действием по отношению к селену и снижают его связывание с биологическими структурами. Наличие в организме тяжелых металлов снижает биологическую активность Sе; соляная и аскорбиновая кислоты, наоборот, улучшают всасывание и обмен рассматриваемого элемента в организме. Многочисленные данные свидетельствуют о наличии корреляции между пищевой потребностью Sе и витамина Е. Селен взаимодействует с токоферолом и в определенной степени заменяет его. При недостаточном поступлении токоферола в организм Sе может предупредить некоторые симптомы дефицита этого витамина. Недостаточность Sе у животных вызывает ряд заболеваний, этиология которых аналогична проявлениям Е-авитаминоза. Спектр действий селена внутри организма довольно широк. Он выполняет каталитическую, структурную и регуляторную функции, взаимодействует с витаминами, ферментами и биологическими мембранами, участвует в окислительно-восстановительных процессах, обмене жиров, белков и углеводов. Органические соединения селена образуются при замещении серы селеном (например, в серосодержащих аминокислотах: цистеине, цистине и метионине) или при блокировании им сульфгидрильных и карбоксильных групп по типу соединений металлов с органическими веществами. Значительная часть Sе в тканях прочно связана с белками. Связь Sе-белок более прочная, чем связь сера-белок. В 1973 г. была открыта глутатионпероксидаза (ГП) — первый селенсодержащий фермент, найденный в организме млекопитающих. Он содержит 4 атома Sе и его активность зависит от содержания Sе в пище. Добавление Sе в дефицитную по данному микроэлементу диету повышает активность ГП печени, сердца, легких, мышц поджелудочной железы и других органов и прямо пропорционально логарифму концентрации Sе в рационе. О.Л. Обольский и др. заключили [4], что изменения уровня селена в рационе, значительно выходящие за границы физиологических потребностей, способны изменять функциональное состояние ферментных систем, осуществляющих биотрансформацию и детоксикацию ксенобиотиков. Особой чувствительностью к изменению уровня селена в рационе выделяется ИДР-глюкуронозилтрансфераза, локализованная как и большинство ферментов этих систем в мембранах эндоплазматической сети. Механизм обнаруженных изменений ферментной активности не ясен. Физиологические функции селена изучены мало, фактически неоспоримо доказана только его связь с процессами антиоксидантной защиты и, как следствие этого, возможное стабилизирующее действие на биомембраны. Одним из направлений исследований является изучение возможности использования препаратов селена для обогащения хлебобулочных и мучных кондитерских изделий (крекеров). С этой целью применяются селеновые дрожжи финского производства (фирма "Алко") с содержанием селена 500 мкг/кг. Л.Н. Шатнюк с сотрудниками [5] обогащение селеном осуществляли исходя из суточной потребности человека и содержания этого микроэлемента в используемой пищевой добавке. Селеновые дрожжи предварительно диспергировали в воде и вносили при замесе теста. Внесение селеновых дрожжей осуществляли из расчета содержания в 100 г изделий 38 мкг селена. Исследовано [6] распределение селена в клетках селенoбогащенных дрожжей рода Candida. Определено 16-20 % селена в клеточных стенках, 32 % в мембранах, около 50 % во фракции аминокислот и растворимых белков. В клетках C.utilis ВСБ-651 до 1 % селена содержалось в липидах, около 70 % — в белках и аминокислотах и 27 % — в виде неорганического селена. Из растворимых белков дрожжевых клеток выделен металлотионеин, специфически связывающий кобальт и содержащий селенцистеин. В.В. Мерецкая и Л.В. Капрельянц изучили [7] возможность использования селенсодержащих дрожжей при обогащении хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. Установлено, что культура Одесского дрожжевого завода (ОДЗ) характеризуется большим уровнем накопления селена в биомассе в сравнении со штаммами, которые исследовались. Исходя из этого, для обогащения хлебобулочных и мучных кондитерских изделий применяли селеновые дрожжи ОДЗ с содержанием селена 450 мкг/кг. Их вносили в дозе, обеспечивающей содержание 70 мкг селена в 100 г хлеба. Таким образом, указанные дрожжи отвечают требованиям ДГСТ 171-81. С применением исследованных дрожжей была проведена экспериментальная выпечка хлеба и установлено, что селеновые дрожжи не оказывают негативного действия на органолептические качества готового продукта. Это свидетельствует о возможности использования их в кондитерской и хлебобулочной отраслях пищевой промышленности. Биодоступность соединений селена может быть описана следующим образом: 1) самая низкая (нерастворимые неорганические формы селена) биодоступность; 2) самая высокая биодоступность — селеноаминокислоты (селенметионин, селенцистеин) и селен в составе различных растительных источников; 3) селен многих видов животной пищи, имеющий биодоступность от низкой до средней. В добавление, другие факторы могут существенно влиять на биодоступность селена, воздействуя на его утилизацию во время фаз его усвоения (абсорбции или метаболизма) и экскреции (табл. 1). Например, витамин Е и другие антиоксиданты, увеличивают кишечную абсорбцию селена и/или увеличивают метаболизм физиологически критических форм селена, воздействуя при этом позитивно на его биодоступность. С другой стороны, тяжелые металлы уменьшают кишечную абсорбцию селена и/или увеличивают метаболизм селена, превращая его в более легко экскретируемые формы (метилированные формы), негативно воздействуя на биодоступность селена [8-10]. Количество необходимого потребления [11] человеком селена являлось важной темой для обсуждения на многих научных диспутах. В настоящее время считают, что большинство людей нуждается в 0,85 мкг селена в день на 1 кг массы тела для поддержания максимальной активности тканей организма. Таким образом, для многих людей суточная норма селена составляет 55-70 мкг (табл. 2). Анализ концентрации селена в тканях человеческого организма демонстрирует сильную географическую вариацию в селеновом статусе, коррелирующую с географической вариацией содержания селена в продуктах питания (табл. 3). Закономерно, что население с наименьшим потреблением селена (селенодефицитные районы Китая, Новой Зеландии и Финляндии) также имеют и самую низкую концентрацию селена в крови и, наоборот. Пищевой статус селена может быть оценен на основе определения селена в волосах или ногтях, благодаря чему исследования в Китае показали высокую корреляцию в уровне потребления селена и его содержанием в указанных частях организма. Этот метод привлекателен с точки зрения его очевидной простоты и доступности. Однако, в случае с волосами трудно проводить воспроизводимость результатов. Предметом обсуждения также является [8, 12] повсеместное использование людьми шампуней против перхоти, содержащих селен, остатки которого в волосах не влияют, конечно же, на селеновый статус. Очистка почками организма от селена важна для гомеостаза элемента. Следовательно, измерение экскреции селена с мочой может дать полезную информацию при оценке селенового статуса. Выведение селена с мочой в общем больше, чем с калом. Доказано, что содержание селена в моче является функцией от уровня потребления и формы селена, вида диеты и индивидуального статуса человека [13]. Установлено, что существует отрицательная корреляция между частотой поражения населения злокачественными опухолями и содержанием Sе в продуктах питания, организме и среде [14-16]. Оказалось, что смертность от лимфом, рака пищеварительных органов, легких и молочных желез ниже в регионах с высоким и средним содержанием Sе в почве (0,76-1,27 мкмоль/кг и более). В зонах с низким содержанием этого микроэлемента (0,25-0,68 мкмоль/кг) летальность от злокачественных новообразований повышена [8, 16]. Продемонстрировано [8], что некоторые соединения селена тормозят или замедляют карциногенез в различных экспериментах на животном материале. Был оценен [17] селеновый статус как предполагаемый фактор в этиологии некоторых видов рака человека. Исследования показали, что существует обратная корреляционная связь между смертностью от рака и селеновым статусом. Особое беспокойство вызывают рак таких органов и систем, как легкие, грудь, лимфатические сосуды, брюшная полость, толстая и прямая кишка, печень. В последних экологических исследованиях в США было показано [18], что для обоих полов существует корреляционная связь между низким уровнем потребления селена и повышенным риском заболевания раком легких, толстой кишки, прямой кишки, мочевого пузыря, пищевода, поджелудочной железы, груди, яичников и шейки матки. В Финляндии проведены исследования [8] по оценке соотношения между уровнем селена в сыворотке крови случайных людей и смертностью от рака (обследовано 8100 человек в восточной части страны). В течение 6-летнего периода обследования найдено, что заболеваемость раком развивалась больше в группе людей с низким содержанием селена в сыворотке крови в начальный период изучения (50,5±1,1 ррв) и меньше в последний период исследования, когда уровень селена в сыворотке крови за счет принятых мер был достоверно выше (54,3±1,0 ррв). А.П. Шицкова с сотрудниками [19] показали, что обогащение рациона селеном оказывает протекторное действие на организм животных, снижая токсическое действие комплексов ксенобиотиков (свинец, кадмий, ДДТ, 2,4-D-нитраты) по большинству показателей (сорбционные свойства органов и тканей, количество средних молекул в сыворотке крови, кардиотоксический и мутагенный эффекты). В то же время, по отдельным показателям наблюдалось усиление токсического эффекта (общий белок крови, поведенческие реакции). В настоящее время есть достаточные основания полагать, что в формировании онкологической заболеваемости населения определенная роль принадлежит нитрозосоединениям (НС), образующимся эндогенно из поступающих в организм с пищей и водой предшественников — нитратов, нитритов, аминов, амидов. В ряде работ показана превентивная активность соединений селена на опухолевые процессы, индуцируемые НС, однако механизм этого действия остается невыясненным [20]. На начальном этапе находятся исследования по изучению влияния селена на процессы эндогенного синтеза НС. Изучены [21] нарушения функционального состояния почек при интоксикации крыс хлоридами алюминия и кадмия, а также возможность их коррекции селенитом натрия. Хлорид алюминия усиливает кислотовыделительную функцию почек. Хлорид кадмия и его комбинация с хлоридом алюминия изменяют транспорт натрия. Селенит натрия способен эффективно коррегировать нарушение функционального состояния почек при условиях совместной интоксикации хлоридом кадмия и алюминия. Нами изучены содержание микроэлемента селена в цепочке: почва — продукты питания — человек (волосы головы) для выявления местностей и контингентов людей с дефицитными и токсическими концентрациями этого элемента. В работе использованы образцы почв, взятых на сельскохозяйственных полях на глубине 10-15 см от поверхности. Пищевые продукты брались в подсобном хозяйстве села, расположенного в 120 км от г. Одессы на юго-запад, а в областном центре пробы продуктов питания предоставлены людьми, работающими на рынке "Южный". В качестве референс-стандарта применяли различные продукты (Институт здравоохранения, Хельсинки). При исследовании образцов волос использовали референс-стандарт Института питания РАМН с содержанием селена 725 мкг/кг. Результаты определений хорошо соответствовали регламентированным значениям. Содержание селена в исследуемых образцах определяли флуориметрически [22]. В Одесской области был проведен отбор проб почвы на анализ и были собраны образцы сыворотки крови населения на обеспеченность селеном. Данные анализа почв показывают монотонное распределение селена в области, изменяющемся в интервале концентраций 165-690 мкг/кг и средним содержанием 350 мкг/кг. Из 26 районов области наибольший уровень селена в почве (407-435 мкг/кг) наблюдался в Ананьевском, Ивановском, Тарутинском, Раздельнянском и Великомихайловском районах, причем максимальные значения были характерны для Одессы (490 мкг/кг). Токсические концентрации селена (более 2 мг/кг) были установлены лишь в одном образце почвы Саратского района. Минимальные значения найдены в юго-западных районах: Килийском, Измаильском, Ренийском, а также Белгород-Днестровском (233-275 мкг/кг). Из других районов невысокий уровень селена найден в почвах Кодымского района (табл. 4). Касательно Одесской области, выявленное нами существование в почвах локальных токсических концентраций селена отражается лишь в слабом нарушении формы гистограммы средних значений содержания селена в сыворотке крови доноров. Анализ полученных данных позволил выявить неоднородность обеспеченности селеном жителей Одесской области, проявляющуюся в существовании 3-х групп населения с пониженной (менее 100 мкг/л), нормальной (100-120 мкг/л) и аномально высокой обеспеченностью селеном (более 150 мкг/л), связанной с наличием локальных токсических концентраций микроэлемента в почве. Таким образом, проведенное исследование позволило впервые осуществить картирование почв Одесской области по содержанию селена в пахотном слое, определить районы невысокого содержания селена в почвах, оценить обеспеченность селеном жителей области. В связи с определившейся ролью пищевых волокон в питании человека представляет интерес оценка их способности связывать Sе, что открывает перспективу получения пищевых добавок, содержащих ПВ и Sе. Нами были выделены из различных видов сырья по методикам, описанным ранее [23], концентраты ПВ и дана оценка их сорбционной способности. Для определения адсорбционной способности 100 мг ПВ выдерживали сутки в 6 мл водного раствора Na2SeO4•10H2O (10 мг соли в 1 л Н2О) при комнатной температуре и тщательном перемешивании. Содержание селена в осадке определяли микрофлуориметрическим методом после отделения ПВ от раствора селената натрия, трехкратной промывки водой и высушивания при температуре 60°С [22]. Проведенные исследования (рисунок) позволили выделить три группы препаратов с высокой, средней и низкой адсорбционной способностью. Наиболее эффективно адсорбировали селен два продукта: ПВ люцерны и жома стахиса (2 мкг sе/г ПВ). Ко второй группе сорбентов относятся ПВ жома сахарной свеклы, пшеничных отрубей, жома амаранта, тритикале и жмыха виноградных семян (0,5-0,9 мкг sе/гПВ). К третьей группе препаратов с низкой адсорбционной способностью (менее 0,3 мкг se/г ПВ) принадлежат ПВ кукурузной мезги, галеги, клевера, опилок сосны, подсолнечного шрота, оболочек гороха и др. Гистограмма адсорбционной способности различных ПВ в отношении sе представляет собой гиперболу, что подтверждает факт отсутствия эссенциальности селена для растений. Вероятно, что прямой зависимости между составом ПВ, сырьем, из которого они выделены и величиной сорбции не существует [3]. Так, если конечное содержание связываемого Sе для ПВ люцерны равно 1918 мкг/кг, то для ПВ клевера и ПВ галеги (представителей тех же бобовых трав), соответственно, равно 259 и 313 мкг/кг. Аналогично для ПВ оболочек гороха (220 мкг/кг) и сои (83 мкг/кг), а также для ПВ жмыха виноградных семян (515 мкг/кг) и ПВ виноградных выжимок (118 мкг/кг). В то же время близкие величины найдены для ПВ злаковых культур — ПВ пшеничных отрубей (751 мкг/кг) и ПВ тритикале (701 мкг/кг). Выявленные закономерности позволяют, с одной стороны, использовать ПВ для устранения селеновых токсикозов, а с другой — определяют необходимость коррекции селенового статуса в случаях применения ПВ в лечебных целях (дивертикулез, сахарный диабет, атеросклероз, запоры, энтероколит, выведение из организма тяжелых металлов, пестицидов, радионуклидов и т.п.). Принимая во внимание, что рекомендуемое суточное потребление ПВ с целью устранения существующего дефицита последних дополнительно к основному рациону (общее необходимое суточное потребление ПВ составляет 30-40 г) лежит в пределах 10-15 г, препараты ПВ люцерны и жома стахиса будут предположительно связывать от 30 до 50 % суточной потребности селена в организме. Таким образом, биологически активные добавки, содержащие селен, следует дозировать с учетом адсорбционных свойств используемых ПВ. Литература |