ских соединений или комплексов, обладающих биологической активностью. Однако это обстоятельство, по-видимому, не является основанием для обособления микроэлементов в особую группу биологически активных веществ.
При современном уровне знаний метаболизм любого минерального элемента нельзя рассматривать лишь в аспекте динамики его неорганических солей.
С точки же зрения науки о кормлении животных микроэлементы являются столь же необходимыми компонентами питания, как и другие минеральные элементы, независимо от того, в какой форме они поступают в организм.
Классификация, основанная на биологической роли элементов, представляет наибольший интерес для физиологов, биохимиков и специалистов в области питания животных. Согласно этой классификации, минеральные элементы, обнаруженные в организме животных, делят на три группы: 1) жизненно необходимые (биогенные, биотические элементы), 2) вероятно (условно) необходимые и 3) элементы с малоизученной или неизвестной ролью.
Для большинства млекопитающих животных, в том числе и сельскохозяйственных, эту классификацию можно представить следующим образом:
| Жизненно необходимые элементы | Вероятно необходимые элементы | с малоизученной | Элементы ролью |
|---|---|---|---|
| Кальций Сера | Фтор | Литий | Олово |
| Фосфор Магний | Кремний | Бериллий | Сурьма |
| Калий Железо | Титан | Бор | Цезий |
| Хлор Медь | Ванадий | Скандий | Барий |
| Натрий Кобальт | Хром | Алюминий | Ртуть |
| Цинк | Никель | Галлий | Свинец |
| Марганец | Мышьяк | Германий | Висмут |
| Молибден | Бром | Рубидий | Радий |
| Йод | Стронций | Цирконий | Торий |
| Селен | Кадмий | Серебро | Уран |
Группа биотических элементов включает в себя все макроэлементы, часть микро- и ультрамикроэлементов. Это подтверждает мысль о том, что порядок концентрации того или иного микроэлемента в организме еще не определяет его биологического значения.
Элемент может быть отнесен к группе биотических, если он удовлетворяет следующим требованиям:
постоянно присутствует в организме животных в количествах, сходных у разных индивидуумов;
ткани по содержанию данного элемента всегда располагаются в определенном порядке;
синтетический рацион, не содержащий этого элемента, вызывает у животных характерные симптомы недостаточности и определенные биохимические изменения в тканях;
эти симптомы и изменения могут быть предотвращены или устранены путем добавления данного элемента в экспериментальный рацион.
Рис. 2 .1. Схема классификации элементов тела животных с учетом их концентрации и биологической роли в организме.
Всем перечисленным требованиям в свете современных данных удовлетворяют 15 элементов, перечисленных выше*. Даже такой элемент, как фтор, обладающий очевидным профилактическим эффектом против кариеса зубов и, по-видимому, способствующий костеобразованию, не включен в эту группу. Дело в том, что до настоящего времени не удалось воспроизвести симптомы недостаточности фтора в эксперименте при содержании животных на рационе, дефицитном по этому элементу. Необходимо отметить, что воспроизведение пищевой недостаточности иногда затруднительно вследствие чрезвычайно малой потребности животного в изучаемых элементах и наличия их следов в компонентах очищенного рациона (соевом белке, глюкозе, сахарозе, желатине, казеине и пр.). Среди 15 жизненно необходимых элементов 9 являются катионами— это кальций (Са 2 +), натрий (Na+), калий (К"1"), магний ( M g 2 + ) , марганец (Мп 2 +), цинк (Zn 2+), железо (Fe 2+), медь (Си 2+) и кобальт (Со 2 + ), а 6 других—анионами или содержатся в сложных анионных группировках — хлорид (С1~), йодид (J-), фосфат
*** Речь идет о высших позвоночных животных. Возможная биогенность отдельных элементов для беспозвоночных здесь не обсуждается.**
(РО^- ), сульфат (SO-), молибдат (МоО-) и селенит (SeOf-). Вероятно необходимые элементы также постоянно обнаруживаются в тканях животных в относительно стабильных количествах, но не удовлетворяют всем перечисленным выше требованиям. Участие этих элементов в обменных процессах может ограничиваться отдельными тканями и в ряде случаев требует экспериментального подтверждения.
Что касается элементов, роль которых в организме мало изучена или неизвестна, то многие из них, по-видимому, случайно накапливаются в организме, поступая с кормами и не выполняя какой-либо полезной функции. Однако строго ограничивать группу биогенных элементов тоже нельзя, поскольку возможно открытие биологической роли новых элементов. Например, в последние годы установлена биотическая роль селена, появились экспериментальные данные об участии в метаболических процессах фтора, хрома, кремния, мышьяка.
На рисунке 2.1 приведена схема классификации элементов тела животных, в которой одновременно учтены их количественные характеристики и значение для процессов жизнедеятельности. Классификация элементов по степени их биогенности, как и две предыдущие, имеет существенные недостатки: она слишком обща, не отражает механизма влияния минеральных элементов на организм и не позволяет достаточно точно предвидеть возможную биологическую роль или токсикологический эффект того или иного элемента. В настоящее время исследователи вынуждены, как правило, давать индивидуальную оценку каждому элементу.
2.2. СВЯЗЬ МЕЖДУ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ЭЛЕМЕНТОВ И ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ
Научно обоснованное предвидение действия того или иного элемента на организм, по-видимому, невозможно без надежного решения вопроса о зависимости биологического действия элементов от их положения в периодической системе Д. И. Менделеева.
Периодический закон, как объективный закон природы, раскрывающий связь между двумя фундаментальными свойствами элементов— порядковым номером и комплексом химических свойств, должен дать ответ на вопрос, что можно ожидать от поведения того или иного элемента в организме животных и человека. Речь идет, разумеется, не просто о принадлежности элемента к той или иной группе и подгруппе периодической системы, а о более глубоких связях, в частности о связи распространенности и биодействия элементов с квантовыми характеристиками их атомов. Зная электронную конфигурацию атома, заполнение орбиталей и ориентацию спинов (параллельную или противоположную), можно предсказать физико-химические свойства и отчасти биологическую активность соответствующего элемента (его способность к
