Селен как важный микронутриент в питании человека XXI века

Новое^^ищевыхтехнологиях

Н.Э. Струппуль,

специалист ИЦ «Океан» ДВГАЭУ;

О.Н. Лукьянова,

доктор биологических наук, профессор кафедры химии, биохимии и прикладной экологии

ДВГАЭУ;

Ю.В. Приходько, кандидат химических наук, доцент, зав. кафедрой химии, биохимии и прикладной экологии ДВГАЭУ

СЕЛЕН КАК ВАЖНЫЙ МИКРОНУТРИЕНТ В ПИТАНИИ ЧЕЛОВЕКА XXI ВЕКА

Рассматривается роль селена в процессе жизнедеятельности организма и обсуждается проблема дефицита микронутриентов в питании современного человека.

Один из важных факторов, влияющих на состояние здоровья каждого человека и всего человечества в целом, - фактор питания. Полноценное питание является основой для нормального развития ребенка, для поддержания хорошего самочувствия взрослого, его долголетия, высокой работоспособности, сопротивляемости инфекциям и другим неблагоприятным воздействиям. При этом следует иметь в виду, что пища имеет одно принципиальное отличие от других факторов внешней среды: в процессе питания она превращается из внешнего во внутренний фактор, и ее компоненты в цепи последовательных превращений трансформируются в энергию физиологических функций и структурные элементы органов и тканей человека.

Конец ХХ в. в развитых странах, в том числе и в России, охарактеризовался кризисом питания [5, 9]. В условиях технического прогресса у большинства населения энергозатраты снизились до минимального уровня, что привело к снижению потребности в энергии и в пище, как ее единственном источнике. В то же время потребность в других жизненно важных пищевых веществах, в частности, в микронутриентах, изменилась незначительно, поэтому современный человек с рационом из обычных натуральных продуктов не может получить микронутриенты в необходимых количествах [7, 8].

Минеральные вещества не обладают энергетической ценностью, но играют важную роль в различных обменных процессах организма. Недостаток или избыточное поступление в организм минеральных веществ всегда приводит к возникновению тех или иных патологических изменений, названных микроэлементозами [10, 11].

Среди прочих микроэлементов особое место занимает селен. 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.

Исследования роли селена в патогенезе заболеваний, сходных с Е-авитаминозом, позволили отнести селен, как и витамин Е, к биологическим антиоксидантам [3].

Выделяют три главных окислительных процесса, важную роль в которых выполняет селен: предохранение жирных кислот от окисления; разрушение перекисей; подавление образования свободных радикалов и предохранение молекул от разрушения.

Селен участвует в ферментных системах, использующих глутати-он, катализируя деструкцию Н2О2 и липоперекисей, что связано с поддержанием целостности мембран эритроцитов. Один из таких ферментов - глутатионпероксидаза. Этот фермент содержит 4 атома селена, и его активность зависит от содержания 8е в пище. Добавление 8е в дефицитную по данному элементу диету повышает активность глута-тионпероксидазы печени, сердца, легких, мышц, поджелудочной железы и других органов прямо пропорционально логарифму концентрации 8е в рационе [3]. Кроме каталитического действия, разложение перекисей соединения селена ускоряет окисление восстановленного глутатиона, цистеина и гомоцистеина кислородом или перекисями [19]. Установлено, что селен может выступать в качестве кофактора при окислении пер-сульфатазой цистеина до гипоаурина [3].

Действие селена на процессы окисления липидов проявляется в ин-гибировании ферментов тканевого дыхания. Кроме того, он способствует синтезу коэнзима Q или улучшает его использование клетками [15].

В обменных процессах селен связан с коэнзимом А. У крыс, получавших корма с недостатком витамина Е и цистина, количество коэнзима А в печени падало, но добавление селена способствовало увеличению уровня кофермента А в печени до нормального состояния [1, 4].

Определенную роль соединения селена играют при повышенной степени гемолиза эритроцитов. При введении в рацион животных селена целостность этих клеток крови стабилизируется. Кроме того, селен инги-бирует окисление гемоглобина до метгемоглобина [3].

Селен функционирует в окислительно-восстановительной системе клеточных мембран. В виде селенита (8е032-) он влияет на активность неспецифических фосфотаз и АТФазы. Под его влиянием происходит изменение скорости образования АТФ в тканях животных. В форме селе-нида ^е2"), связанного с белком, элемент присутствует в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме, причем содержание его в клеточных органеллах зависит от концентраций витамина Е в рационе и организме животных. При этом витамин Е способствует не только накоплению селена в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме, но и превращению селенита в селенид, что способствует переносу электронов в дыхательной цепи митохондрий. Витамин Е специфически предохраняет бел-

ки, чувствительные к окислению и содержащие при активном центре серу, селен или оба элемента [16].

Одним из проявлений биологической функции селена в животном организме служит его участие в обмене серосодержащих аминокислот. Этот элемент предохраняет от окисления 8Н-группы белков мембран эритроцитов и митохондрий, а также противодействует набуханию митохондрий, вызываемому тяжелыми металлами.

Селен способен замещать серу в белках, наиболее возможные продукты этого процесса: селеноцистеин, 8е-метилселеноцистеин, 8е-гомоцистеин (см. рисунок) [3].

Селеноаминокислоты приводят к снижению образования свободных радикалов при действии радиоактивного у-излучения, которые представляют опасность для клеточных мембран и субклеточных органелл [9].

Селен блокирует обмен а-кетокислот (пирувата и а-кетоглутарата) в цикле Кребса и является специфическим катализатором окислительного декарбоксилирования а-кетокислот [20].

Выявлено участие селена в окислении стероидов, лекарств и пестицидов, протекающего во фракции микросом печени животных и в процессах гидроксилирования. Активирование обмена хлорорганических пестицидов и увеличение активности гидроксилаз при введении в рацион кроликов селенида натрия связано с системой переноса электронов в микросомах [3, 20].

Определенный уровень селена необходим для нормального зрения. Доказано его участие в элементарной форме в фотохимических реакциях, протекающих в фоторецепторах глаза млекопитающих [3, 21].

Потребность взрослого человека в потреблении селена составляет 150-200 мкг/сут [10, 20]. Недостаток селена в рационе сельскохозяйственных животных приводит к ряду заболеваний, которые по клиническим и патологоанатомическим признакам напоминают экспериментальный Е-авитаминоз: у них появляются бесплодие, мышечная дистрофия, дегенерация печени, повышается проницаемость и ломкость капилляров, обнаруживаются дегенеративные изменения в нервных клетках, семенных канальцах яичек. Особенно это касается беломышечной болезни телят и ягнят, экссудативного диатеза и энцефаломаляции птиц, токсической дистрофии печени свиней и пушных зверей и др. Наблюдается высокий терапевтический эффект соединений селена при заболеваниях сельскохозяйственных животных, сопровождающихся дефицитом а-токоферола [3].

Среди энзоотических заболеваний, связанных с недостатком селена в среде, наибольший интерес представляет широко распространенная беломышечная болезнь сельскохозяйственных животных.

Заболеванию подвергаются главным образом молодые животные. Смертность иногда достигает 50% и более. Концентрация селена в органах и тканях телят, пораженных беломышечной болезнью, уменьшается на 10-50% по сравнению со здоровыми животными. Существует корреляция между концентрациями элемента в молоке, волосяном покрове, крови и процентом заболеваний. При этом заболевании установлен высокий профилактический и лечебный эффект селенита натрия. Возможно, что терапевтическое действие селена при беломышечной болезни связано

с накоплением в мышцах АТФ, креатинфосфата и гликогена в печени и мышцах, так как при этом заболевании происходит снижение использования креатина мышцами.

8еО42-

1

восстановление

8еОз

восстановление

метилирование

СНз - 8е 8е - СНз

^ гидролиз СНз - 8е - Н

гидролиз

Н00С

V С

^СН - СН2 - ОН + СНз8еН

С00Н

Н8е - СН2 - СН + СНзОН

(селеноцистеин) N^2

НСООС

>

реакции с серином

1

СООН

СНз8еН + ОН - СН2 - СНГ -

Х КН2

. СООН СНз8е - С^СН^ + Н2О

(8е-метилселеноцистеин) NH2

СН - СН2 - ОН + НСН28еН

H2N

+ серин

СООН

Н8е - СН2 - СН2 - СН + Н2О

(8е-гомоцистеин) NH2

НООС СООН

\ СН - СН2 - СН2 - 8е - СН2 - СН/ / \ 1

метилирование

H2N

" NH2

селеноцистотионаза

селеноцистеин 8е-метилселеноцистеин 8е-гомоцистеин

Схема обмена селенатов в растениях-аккумуляторах

Другое заболевание животных и птиц, возникающее на фоне недостатка селена, - токсическая дистрофия печени, к которой восприимчивы многие виды животных. Заболевание встречается главным образом в тех случаях, когда животные получают неполноценный по ка-

честву рацион. Важную роль играет сбалансированность рациона по содержанию белка, витаминов и жиров, особенно в период беременности животных. При этом наиболее существенным оказывается недостаток в кормах селена или нарушение его усвояемости. В большинстве случаев заболевание наблюдается в районах распространения бело-мышечной болезни.

Еще одно патологическое нарушение, связанное с недостатком микроэлемента, - экссудативный диатез птиц, сопровождаемый размягчением мозга и связанный с качественным составом липидов. В целях профилактики и лечения в рацион животных вводят антиок-сиданты, в том числе и соединения селена.

Кроме того, в районах с низким содержанием селена в кормах распространен пародонтоз. Он сопровождается дистрофическими изменениями тканей - параденциумом. В растениях, крови и шерсти животных резко снижается содержание селена и возрастает количество марганца и хрома.

Другие заболевания, которые связывают с недостатком селена и витамина Е в продуктах питания или кормах, - появление пеллагры, синдром внезапной смерти ягнят, дистрофия поджелудочной железы, дегенерация эмбрионов и бесплодие овцематок.

В качестве добавки к рациону селен применяют при алиментарном некрозе печени, бесплодии, атонии и мышечной слабости, энце-фаломаляции, экссудативном диатезе и пародонтозе (табл. 1) [3].

Селеновая терапия благоприятно влияет на пушных зверей и предупреждает нарушения репродуктивных функций самок птиц. Микроэлемент эффективен в профилактике мышечной дистрофии у овец в период беременности и ранней лактации.

Морские организмы, в отличии от наземных, микроэлементы концентрируют более интенсивно. Изучение распределения селена в морской биоте показало, что элемент преимущественно входит в состав белков и пептидов. При дифференцированной экстракции селен обнаруживают в составе различных белковых фракций. Например, из устрицы были выделены следующие соединения селена [14]:

Селенометионин селеноксид (СН38е(0)СН2СН(]Н2)С00Н) Селеногомоцистеин (ШеСН2СН2СН(]ЧН2)С00Н) Селеноцистеиновая кислота (Н08е(0)СН2СН(]Н2)С00Н) Распределение селена в организме тканеспецифично. Изучение отдельных органов и тканей моллюсков показало, что наиболее высокий уровень селена содержится в жабрах (табл. 2 ) [18].

У морских рыб и млекопитающих отмечен широкий диапазон концентраций селена (табл. 3 ) [17].

Содержание селена в морской биоте непосредственно связано с содержанием этого элемента в морской воде, т.е. с географической зоной обитания. Содержание селена в моллюсках, обитающих вблизи Австралийского континента (известного своими селеновыми провинциями, занимающими большую часть материка), находится в пределах 1,31,8 мкг/г, что значительно выше среднего уровня селена, обнаруженного в гидробионтах из других районов мирового океана [13]. В водах запад-

ного побережья Индии обнаружены некоторые виды устриц (С. сиси11а1а, С. gryphoides), которые содержат радиоактивный селен (758е) в количестве 5,4-13,57 пкюри/г золы [15].

Таблица 1

Влияние селена на лечение некоторых патологических нарушений

Патологическое нарушение Крысы Мыши Кролики Норки Порося-та Овцы Телята Же-ребята Цыплята Ин- дю-шата

Мышечная

дистрофия ++ +++ +++ + +++ +++ +++ +++ ++ ++

Миокардит + +++ + +++ + +++ +++ + ++ +

Некроз пе-

чени +++ +++ +++ ++ +++ + + + ++ +

Некроз по-

чек +++ +++ - +++ - - - - - -

Отставание

в росте ++ ++ - - +++ +++ +++ ++ +++ ++

Экссуда-

тивный

диатез = = = = = = = = +++ +++

Атрофия

поджелу-

дочной же-

лезы +++ +++ - - - - - - - -

Геморрагии

легких ++ + +++ - - - - - - -

Анемия + + + + + ++ ++ + +++ +++

Пародонтоз ++ ++ - - - ++ - - - -

Кальцифи-

кация +++ - - - - +++ +++ - - -

Изменение

соотноше-

ния белков

сыворотки

крови ++ +++ - - - - - - +++ +++

Примечания. +++ - высокий терапевтический эффект;

++ - умеренное профилактическое действие селена; + - соединения селена не всегда оказывалось действенным; — испытания селена не проводили; = - у данных животных это заболевание не встречается.

Содержание селена в морских организмах Итальянского моря варьируется от < 0,01 мкг/г в морских ежах (Paracentratus Lividus) до 3,55 мкг/г в морских блюдечках (Cassis Saburon) (табл. 4), обитающих вблизи острова Капрара; для гидробионтов, обитающих в зоне о-ва Пла-носа, эта величина изменяется от 0,10 мкг/г (Cliton olivacsus) до 0,95 мкг/г (Osteria edulis) (табл. 4) [12].

Установлено, что аккумулирование селена морскими организмами изменяется в зависимости от возраста. На примере Macoma balthica

и Mytilus galloprovincialis показано, что у молодых моллюсков тенденция к накоплению этого элемента значительно выше, чем у взрослых особей того же вида, что связано с более высоким уровнем метаболических процессов. При этом накопление селенита в Mytilus galloprovincialis происходит интенсивнее, чем элементарного селена [15].

Таблица 2

Содержание селена в органах и тканях двустворчатого моллюска

Anadara trapezia

Органы и ткани Содержание Se, мкг/г сухой массы, М+

Аддуктор 3,7±0,8

Нога 2,7±0,9

Жабры 10±3

Кишечник 6±3

Мантия 3,1±0,5

Кровь 3,6±0,8

Таблица 3

Содержание селена в морских животных

Вид Органы и ткани Содержание селена, мг/кг

Scomber scomber (скумбрия) Мышцы 1,30-1,40

Sebastes marinus (окунь) Мышцы 0,15

Clupea harengus (сельдь) Мышцы, костная ткань, кожа 1,00 0,70 0,80

Gadus morhua (треска) Мышцы, костная ткань, кожа, печень 1,20 0,70 8,60 3,70

Belaenoptera physalis (кит) Мышцы 0,50

В организмы моллюсков селен попадает различными путями. Высокая концентрация элемента, найденная в жабрах моллюсков, доказывает, что элемент попадает в организм как из морской воды, так и в процессе питания. 80% селена Масота ЬакЫса получает из диатомовых водорослей, 22% - из донных отложений и только небольшое количество - из воды. Селен, извлеченный из морской воды, концентрируется в жабрах, а полученный в процессе питания, - преимущественно в пищеварительных органах [3].

Помимо белков у морских рыб селен обнаружен и в составе триг-лицеридов, где он достигает 4,6 мкг/кг [3].

Высокое содержание селена установлено в продуктах переработки криля - арктических ракообразных. Уровень этого микроэлемента в них колеблется от 50 до 3700 мкг/кг (табл. 6) [2], что позволяет более направ-

ленно использовать криль не только как перспективный источник белка, но и как продукт, способствующий снижению дефицита селена в питании человека.

Таблица 4

Содержание селена в морских организмах Итальянского моря

Вид Содержание селена, мкг/г

о-в Капрара

Paracentratus lividus < 0,01

Patella coreulea 0,27

Monodonta turbinata 0,7

Cassidaria echinophora 2,31

Cassis saburon 3,55

Murex trunculus 1,46

Murex brandaris 2,20

Arca diluvii 0,52

Cardium aculeatum 0,56

Mitilus galloprovinciallus 0,75

Pesten jacobacus 0,61

о-в Планос

Patella coreulea 0,30

Monodonta turbinata 0,48

Mitilus galloprovinciallus 0,70

Osteria edulis 0,95

Cliton olivacsus 0,10

Crassostrea angulata 0,50

Gibbula turbinata 0,48

Таблица 5

Содержание селена в продуктах переработки криля

Продукт Содержание селена, мкг/кг

в продукте в расчете на сухую массу

Креветки мороженые 465±28 2214

Мясо варено-мороженое 734±23 2287

Фарш замороженный 921±10 2721

Отход сыро-мороженый 560±40 1821

Отход варено-мороженый 433±16 1705

Панцирная мука 1983±60 1983

Беспанцирная мука 2381±25 2381

Структурированный белково-жировой

концентрат 3676±26 3676

Хитин 59±5 59

Хитозан 48±6 48

Поскольку селен связан в первую очередь с белковой частью продукта, то наиболее богатыми микроэлементом оказались структурированный белково-жировой концентрат и мука криля. Небольшие количества селена были обнаружены в хитине и хитозане, свободных фракциях, представляющих собой ] -ацетилированные и соответственно дезацети-лированные производные полимеров глюкозамина, что может быть следствием присутствия в этих полимерах следов белка, либо неизвестных небелковых соединений селена, устойчивых к действию концентрированных щелочей. В целом уровень селена в белковых продуктах криля сравним с концентрацией микроэлемента в изоляте белка сои, а в ряде случаев и значительно превышает ее. В расчете на сухую массу практически все крилепродукты (без учета белково-жирового концентрата, хитина и хитозана) содержат около 2 мг селена на 1 кг продукта.

Бурые водоросли также заметно аккумулируют селен из морской воды (градиент концентрирования около 200). В результате этого можно ожидать повышения содержания селена в донных осадках морей и океанов. В водорослях селен обнаружен в составе следующих соединений [13]:

- селенометионин СН38еСН2СН2СН(]ЧН2)С00Н,

- селеноцистин Ше СН2СН(]Н2)С00Н,

- 8е-метил селенометионин (СН3)28е+ СН2СН2СН(]Н2)С00Н,

- 8е-метилселеноцистин СН38еСН2СН(]Н2)С00Н,

- 8е-метилселеноцистин селеноксид СН38е(0)СН2СН(]Н2)С00Н,

- 8е-метилселеноцистин селенон (СН3)8е(02)СН2СН(]Н2)С00Н.

В последние годы появилось множество публикаций относительно тех или иных видов биологической и фармакологической активности органических природных соединений морского происхождения. Известно, что многие виды морских организмов применяются в пищевых целях, в традиционной и нетрадиционной медицине. В частности, моллюски издавна были популярны у жителей морских побережий как продукты диетического питания, обладающие разнообразными целебными свойствами

[7, 8].

Пищевые селенизированные добавки, предоставляемые широкому слою населения современным рынком, содержат в основном неорганический селен (преимущественно в виде 8е032-). Однако известно, что усвоение организмом органических форм селена происходит более интенсивно, чем переработка минеральных солей, поэтому практический интерес представляет разработка биологически активной пищевой добавки с органическими лигандами селена.

Содержание селена в морской биоте дальневосточных морей практически не исследовано. Однако известно, что Дальний Восток и Приморье относятся к дефицитным районам по этому микроэлементу [3, 10], и определенный интерес представляет возможность использования морских организмов для получения биологически активной пищевой добавки с повышенным содержанием селена. Морские организмы и продукты их переработки могут быть полноценными источниками селена в рационе жителей Дальнего Востока.

Литература

1. Виленкина Г.Я., Черкес Л.А. Содержание нуклеиновых кислот в печени крыс, получавших с пищей селен // Вопросы питания. 1966. № 25. С. 39.

2. Голубкина Н.А., Мартинчик А.Н., Спиричев В.Б., Быков В.М. Содержание селена в продуктах переработки криля // Вопросы питания. 1994. № 1-2. С. 25-27.

3. Ермаков В.В., Ковальский В.В. Биологическое значение селена. - М.. Наука, 1974. - 300 с.

4. Кузнецов Л.Н., Штутман Ц.М. Влияние селена на свободные аминокислоты печени крыс // Вопросы питания. 1967. № 26. С. 41.

5. Маршалкин М.Ф., Молчанов Г.И., Оробинская В.Н., Молчанова И.А. Питание и биотрансформация биологически активных веществ / V Международный симпозиум "Экология человека. пищевые технологии и продукты на пороге XXI века" // Хранение и переработка сельхозсы-рья. 1998. № 1. С. 40.

6. Назаренко И.И., Ермаков А.Н. Аналитическая химия селена и теллура. -М.. Наука, 1971.

7. Новые биомедецинские технологии с использованием биологически активных добавок. Материалы Российской научной конференции. Институт медицинской климатологии и востановительного лечения СО РАМН / Под ред. Е.М. Иванова. - Владивосток, 1998.

8. Поткин В.Е., Разумов А.Н., Дараган А.Г. Натуральные экологически чистые отечественные белковые комплексы - основа создания биологически активных пищевых добавок целенаправленного действия / V Международный симпозиум "Экология человека. пищевые технологии и продукты на пороге XXI века" // Хранение и переработка сельхозсырья. 1998. № 1. С. 39

9. Сарафанова Л.В. Кострова И.Б. Сравнительная оценка экологической безопасности некоторых пищевых добавок / V Международный симпозиум "Экология человека. пищевые технологии и продукты на пороге XXI века" // Хранение и переработка сельхозсырья. 1998. № 1. С. 38.

10. Тутельян В.А., Суханов Б.П., Австриевских А.Н., Позняковский В.М. Биологически активные добавки в питании человека (оценка качества и безопасности, эффективность, характеристика, применение в профилактической и клинической медицине). - Томск. Изд-во НТЛ, 1999. - 296 с.

11. Шатнюк Л.Н., Воробьева В.М., Козлова Ю.А., Шагова М.В. Лечебно-профилактические продукты, обогащенные селеном / V Международный симпозиум "Экология человека. пищевые технологии и продукты на пороге XXI века" // Хранение и переработка сельхозсырья. 1998. № 1. С. 38.

12. Anton M. Scheuhammer, Allan H.K. Wong, Della Bond. Mercury and selenium accumulation in common loons (gavia immer) and common mergansers (mergus merganser) from castern Canada // Environmental Toxicology and Chimistry. 1998. Vol. 17. No. 17. P. 197-201.

13. Baldwin S., Maher W., Kleber E., Krikowa F. Selenium in marine organisms of seagrasis habitats (Posidonia australis) of Jervis Bay, Australia // Marine Pollution Bulletin. 1996. Vol. 32. №. 3. P. 310-316,.

14. David J. Hoffman, Gary H. Heinz. Effects of mercury and selenium on glu-tathione metabolism and oxidative stress in mallard ducks // Environmental Toxicology and chemistry. 1998. Vol. 17. №. 2. P. 161-166.

15. Damkroger G., Grote M., Janssen E. Selenium determination in biological materials using FI-HG-AAS-technique. Optimized Se(VI)-prereduction after

high pressure ashing and microwave digestion // Agribiol. Res. 1997. V. 50. №. 1.

16. David J. Hoffman, Harry M. Ohlendorf, Carolyn M. Marn, Grey W. Pendleton. Association of mercury and selenium with altered glutathione metabolism and oxidative stress in diving ducks from the San Francisco bay region, USA // Environmental Toxicology and chemistry. 1998. Vol. 17. №. 2. P. 167-172.

17. Lise Fog Larsen, Poul Bjerregaard. The Effect of Selenium on the Handling of Mercury in the Shore Crab Carcinum maenas // Marine Pollution Bulletin.1995. Vol. 313. №. 1-3. P. 78-83.

18. Maher W., Deaker M., Jolley D., Krikowa F., Roberts B. Selenium Occurrence, Distribution and Speciation in the Cockle Anadara trapezia and the Mullet Mugil cephalus // Applied organometallic chemistry. 1997. Vol. 11. P. 313-326.

19. Ohta H., Seki Y., Imamiya S., Yoshikawa H. Influence of dietary selenium (Se) on chronic cadmium (Cd) toxicity in mice // Anke M., Meissner, C.F. Mills (eds), Trace Elements in Man and Animals. 1993. P. 963-965.

20. Rosenfeld I., Orville A. Beath. Selenium, geobotany, biochemistry, toxicity and nutrition. Academic press N. York, London. 1985.

21. Wranger P.D. Metabolism of selenium in humans // The Journal of Elements in Experimental Medicine. 1998. № 11. P. 227-240.