Биоэлементология – новый термин или новое научное направление?

Скальный А.В.

директор Института биоэлементологии ОГУ, доктор медицинских наук, профессор,

Рудаков И.А.

заведующий лабораторией медицинской биоэлементологии Института биоэлементологии ОГУ,

доктор медицинских наук

БИОЭЛЕМЕНТОЛОГИЯ - НОВЫЙ ТЕРМИН ИЛИ НОВОЕ НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ?

Рассмотрена терминология, предполагаемая для использования в современной науке о биологической роли химических элементов (биоэлементологии), предложены обоснование и определения ряда терминов, а также классификация биоэлементов.

Развитие знаний о биосфере, об элементном составе человеческого тела и значении биоэлементов для жизни и здоровья человека тесно связано с именами наших соотечественников - М.В.Ломоносова, Д.И.Менделеева, А.М.Бутлерова, В.И.Вернадского, А.П.Виног-радова, А.И.Венчикова, В.В.Ковальского, Г.А.Бабенко, А.П.Авцына, А.А.Жаворонкова и многих других исследователей - химиков, биологов и врачей.

К настоящему времени сформировалось особое научно-практическое направление, которое все чаще называют биоэлементологией; частью этого направления является медицинская элементология.

Успех развития любого научного направления зависит от того, насколько эффективно развивается его методическая исследовательская база. Насколько корректны классификации, предлагаемые для систематизации обнаруженных фактов и явлений. Насколько полноценно такое направление поддержано точной научной терминологией.

Терминологическая база биоэлементоло-гии настоятельно требует обсуждения и упорядочения.

В современных отечественных словарях тщетно искать такие широко используемые сегодня термины как биоэлемент, дисэлемен-тоз, ультрамикроэлемент, биотические элементы, атомовиты, элементозы, биоэлемент-ный баланс, биоэлементный гомеостаз, био-элементотерапия и, наконец, биоэлементоло-гия и медицинская элементология. Этих терминов просто нет.

В трехтомном Медицинском энциклопедическом словаре дано определение: «микроэлементы - химические элементыг, содержащиеся в тканях организма в концентрации 1 : 100.000 и менее»; выделены незаменимые или эссенциалъ-ные элементы и даже дается синоним эссенци-ального микроэлемента - а именно, «микро-

биоэлемент». Если не обращать внимания на то, что в данное определение (в отношении содержания в организме) не попадают некоторые микроэлементы (напр., железо, цинк), то это определение близко к сегодняшним представлениям.

Медицинский энциклопедический словарь дает и определение «макроэлементы», называя их почему-то «пищевыми макроэлементами», потребность в которых «измеряется не менее, чем в десятых долях грамма в сутки». Это соответствует и нашим сегодняшним представлениям.

Биологический энциклопедический словарь приводит определение «биогенные элементы», включая в их состав О, Н, С. К, Р, и 8 и еще 20 элементов, не уточняя названий, но поясняя, что эти элементы постоянно присутствуют в организме и необходимы для жизнедеятельности.

Итак, начнем с основного термина - «биоэлемент». В литературе используется целый ряд близких по значению и звучанию терминов -«биотические элементы», «микроэлементы», «атомовиты», «биогенные элементы» и др. Термин «биоэлемент» обычно не вызывает какого-либо неприятия или возражений (В.И. Георгиевский и др., 1979), иногда все же возникает вопрос: чем же отличается «биоэлемент» от «химического элемента»?

Чтобы правильно ответить на этот вопрос, прежде следует ответить на другой: а почему «элемент» называют «химическим» элементом?

Термин «химический элемент» используется со времен Бойля уже триста с лишним лет. Но, спрашивается, почему - «химический» ? Ведь у элемента есть не только химические, но и физические свойства. И по определению химия - наука о превращениях веществ (а не элементов !), сопровождающихся изменением их состава или строения. И Д.И.Менделеев назвал свою систему «Периодической системой

элементов», и в своих статьях химические элементы называл элементами. Возможно, если бы физика элементарных частиц, физика ядра и атома родились раньше химии, то и элемент называли бы, скорее всего, «физическим элементом».

Все это говорится для того, что в соответствии с правильной естественнонаучной классификацией элемент следовало бы называть именно элементом, а термины «химический элемент», «физический элемент» и «биоэлемент» использовать в тех случаях, когда речь идет преимущественно о химических, физических и биологических свойствах элемента. Другими словами, физика, химия и биология являются составными частями общего учения о природе, которое, возможно, следовало бы называть эле-ментологией. Естественно, мы понимаем, что элемент - един, вместе со своими физическими, химическими и другими свойствами, но необходимо также осозновать и то, что живое и неживое - различаются между собой. И «элемент» в составе живого организма превращается в «биоэлемент», потому что проявляет особые, биологические свойства, не свойственные этому элементу в составе «неживой» материи.

Исходя из вышеизложенного, нами предлагается рассмотреть вопрос о целесообразности введения в научный оборот новых терминов или уточнение ранее существующих терминов и определений, которые позволят лучше понять суть проблемы биологической роли химических элементов.

БИОЭЛЕМЕНТЫ - это элементы, постоянно входящие в состав организма, необходимые для его жизнедеятельности и проявляющие биологические свойства.

Поступая извне с пищей, водой и воздухом, биоэлементы усваиваются и распределяются в клетках и биологических средах организма. Одновременно и постоянно происходит обмен биоэлементов с окружающей средой, биосферой.

«Биоэлемент» - краткий, емкий и красивый термин, который, без сомнения, войдет (и уже входит) в научный обиход. Частичка «био» в названии биоэлемент - это не сокращение терминов «биотический», «биогенный» или «биологический» , а именно «био...» в смысле «имеющий отношение к живому».

Но термин «биоэлемент» войдет в обиход не столько из-за того, что этот термин красивый, сколько потому, что этот термин обоснованный. «Биоэлемент» - это новый термин для

обозначения нового явления. А именно - этот термин обозначает элемент, находящийся в составе живого организма, необходимый для его жизнедеятельности и проявляющий при взаимодействии с организмом новые (не химические и не физические) свойства.

Таких свойств немало. Это и потребность организма в данном элементе. Это и токсичность данного элемента для организма. Это и синергизм действия элементов, и антагонизм действия элементов в отношении организма.

Как видим, все это - не химические и не физические свойства. Эти свойства появляются и проявляются только в условиях взаимодействия элемента с живым организмом,

Можно сказать и по-другому. В неживой природе, в составе какого-либо минерала элемент постоянно находится в стабильном состоянии, в постоянной связи с другими определенными элементами. А в живом организме этот же элемент входит в состав множества биоактивных соединений, участвует в тысячах реакций, взаимодействует с многими другими элементами, вступает с ними в синергические и антагонистические отношения, то есть, - живет.

Итак, можно в шутку сказать, что общей науки об элементах - «элементологии» (или общей элементологии) - пока еще нет, «химическая элементология» - называется химией, «физическая элементология» - физикой, а вот «био-элементологию», без шуток, следует называть именно биоэлементологией.

Нельзя не согласиться с тем, что в составе живого организма элемент приобретает особые свойства, которыми этот же элемент, находясь в «неживой» природе, не обладает. Поэтому и понятие «биоэлемент» становится обоснованным, так же как и другие, производные от него основные термины биоэлементологии. Перечислим некоторые из них.

БИОЭЛЕМЕНТНЫЙ ОБМЕН - это комплекс процессов усвоения, функционирования и выведения из организма биоэлементов, а также их обмена с окружающей средой.

Содержание каждого биоэлемента в тканях и органах находится в определенных, оптимальных для организма границах. Суммарное содержание биоэлементов в организме определяет его биоэлементный состав.

БИОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ - содержание биоэлементов в организме.

В свою очередь, биоэлементный состав характеризуется постоянством и равновеси-

ем в содержании отдельных биоэлементов относительно друг друга (биоэлементный гомеостаз).

БИОЭЛЕМЕНТНЫЙ БАЛАНС (ГОМЕОСТАЗ) - состояние динамического равновесия и постоянства биоэлементного состава организма.

Если нарушается биоэлементный баланс организма, то возникает биоэлементный дисбаланс.

БИОЭЛЕМЕНТНЫЙ ДИСБАЛАНС - нарушение естественного для организма равновесия в содержании и составе биоэлементов.

.Это нарушение может быть преходящим, временным, но может быть и длительным, постоянным. В случае длительных и глубоких нарушений возникает состояние, которое называется дисэлементозом (биоэлементозом).

ДИСЭЛЕМЕНТОЗ (БИОЭЛЕМЕНТОЗ) -это нарушение биоэлементного состава организма (избыток, дефицит, дисбаланс биоэлементов).

Дисэлементоз всегда сопровождается скрытыми или выраженными клиническими проявлениями. С другой стороны, самые различные патологические состояния, особенно хронические заболевания, обычно сопровождаются ди-сэлементозом. Если говорить о соотношении дисэлементоза и болезни, то возможно следующее определение.

БОЛЕЗНЬ - это жизнь, нарушенная в своем течении повреждением структуры или функций организма под влиянием внешних и внутренних факторов; одним из проявлений этих нарушений обычно является дисэлементоз.

Наконец, следует подчеркнуть, что к настоящему времени накопилось достаточно данных для того, чтобы можно было позволить себе следующее утверждение: рактичес-ки все хронические заболевания являются причиной, проявлением или следствием дисэле-ментозов.

Итак, определение биоэлементологии сегодня можно сформулировать следующим образом:

БИОЭЛЕМЕНТОЛОГИЯ - научно-практическое направление, изучающее состав, содержание, связи и взаимодействие элементов в живых организмах.

В биоэлементологии в качестве основного направления выделяется медицинская элемен-тология.

МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕМЕНТОЛОГИЯ -это раздел биоэлементологии, изучающий состав, содержание, связи и взаимодействие эле-

ментов в организме человека в норме и при патологических состояниях.

Задачей медицинской элементологии является разработка способов профилактики нарушений биоэлементного состава организма человека и их коррекции при развившихся патологических состояниях (дисэлементозах). Отдельные разделы медицинской элементологии - биоэлементодиагностика, биоэлементотера-пия, биоэлементо- профилактика.

БИОЭЛЕМЕНТОДИАГНОСТИКА - это раздел медицинской элементологии, занимающийся разработкой, апробацией и практическим применением методов оценки содержания биоэлементов в организме.

Среди задач биоэлементодиагностики -выбор наиболее точных методов исследования и наиболее информативных биосубстратов, вопросы корректной оценки полученных результатов и их правильного толкования.

БИОЭЛЕМЕНТОТЕРАПИЯ - это раздел медицинской элементологии, разрабатывающий способы лечения дисэлементозов.

Так, при дефиците биоэлементов в организме применяются средства, содержащие в повышенных количествах необходимые биоэлементы (в том числе, функциональные продукты питания, биологически активные добавки к пище, лекарственные препараты), средства, целенаправленно влияющие на обмен отдельных биоэлементов - с целью усиления их усвоения или выведения из организма, средства, использующие особенности синергического или антагонистического взаимодействия биоэлементов.

Целью всех этих мероприятий является восстановление биоэлементного состава организма .

Биоэлементотерапия может применяться как в виде самостоятельного метода лечения, так и в комплексе с другими лечебными методами.

БИОЭЛЕМЕНТОПРОФИЛАКТИКА -это раздел медицинской элементологии, разрабатывающий способы предупреждения дисэле-ментозов и занимающийся применением этих способов на практике.

Профилактика дисэлементозов - актуальная задача (напр., предупреждение дефицита магния при стрессовых ситуациях, предупреждение дефицита кальция в климактерицеский период, профилактика массовых заболеваний населения в неблагополучных биогеохимических провинциях). Как и в других подобных случаях - про-

филактика эффективнее и менее затратна, чем терапия. К сожалению, до настоящего времени это направление медицинской элементологии используется в наименьшей степени.

Следует сказать, что уже давно и весьма интенсивно развивается направление, связанное с изучением биоэлементного статуса животных, домашних птиц. Это - ветеринарная элементо-логия.

ВЕТЕРИНАРНАЯ ЭЛЕМЕНТОЛОГИЯ -это раздел биоэлементологии, научно-практическое направление, изучающее состав, содержание, связи и взаимодействие биоэлементов в организме животных в норме и при патологических состояниях.

Задачей ветеринарной элементологии является разработка способов профилактики нарушений биоэлементного состава организма животных и их коррекции при развившихся патологических состояниях (дисэлементозах).

Наконец, еще одним актуальным научнопрактическим направлением является изучение связей и взаимоотношений элементного состава живых организмов с окружающей средой, биосферой. Возможно, это направление может выделиться в экологическую элементологию.

Что же касается классификаций биоэлементов, то к настоящему времени их предложено несколько, но ни одна из них не является общепризнанной. И дело здесь не столько в каких-то ошибках авторов классификаций, и даже не столько в недостаточной изученности отдельных биоэлементов, сколько в той сложной и многообразной роли, которую каждый биоэлемент во взаимодействии с другими элементами играет в жизнедеятельности организма.

Критический разбор содержания отдельных предолженных ранее классификаций, также как и обоснованность некоторых используемых сегодня терминов ни в коей мере не входят в задачу настоящей статьи. Авторы позволят себе лишь высказаться относительно некоторых подходов, используемых при разработке классификаций, а также остановятся на тех из них, которые, как представляется, заслуживают наибольшего внимания.

Наиболее обоснованным из критериев, которые используются для классификаций, является содержание биоэлемента в организме. Именно этот критерий позволил выделить «микроэлементы» как элементы, находящиеся в организме в очень малых количествах. По этому же критерию были выделены группы с на-

званиями «макроэлементы», «ультрамикроэлементы». Этот критерий объективен (количество биоэлемента может быть измерено) и полезен, так как дает представление о содержании элементов в организме. Авторы тоже считают, что этот критерий может быть положен в основу наиболее приемлемой на сегодняшний день классификации.

Итак, первая группа - это элементы, которых в организме «много». По-видимому, целесообразно называть эти элементы - биоэлементами-макроэлементами.

МАКРОЭЛЕМЕНТЫ - это биоэлементы, которые содержатся в организме взрослого человека в значительных количествах, от десятков граммов (хлор, магний) до десятков килограммов (кислород, углерод).

Другими словами, к макроэлементам относятся все биоэлементы, содержание которых в организме превышает 0,1% массы тела. В числе этих элементов кислород О, углерод С, водород Н, азот К, кальций Са, фосфор Р, калий К, натрий Ка, сера 8, хлор С1, магний М^. Кислород, углерод, водород и азот выделяют иногда в группу биоэлементов-органогенов. Все макроэлементы являются эссенциальными, т.е., жизненно необходимыми элементами-биоэлементами.

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ - элементы, содержание которых в организме человека находится в пределах 0,01 - 0,00001% (от нескольких г до нескольких мг).

Другими словами, к микроэлементам относятся все элементы, содержание которых в организме меньше 0,1% массы тела.

По своему значению для обеспечения жизнедеятельности организма микроэлементы можно разделить на три группы: микроэлементы эссенциальные, микроэлементы условно эс-сенциальные, микроэлементы токсичные и ма-лоизученые.

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ ЭССЕНЦИАЛЬ-НЫЕ (жизненно необходимые) - биоэлементы, для которых установлена их исключительная роль в обеспечении жизнедеятельности, обязательные компоненты организма человека. К этой группе сегодня относят железо Ре, цинк Zn, медь Си, марганец Mg, молибден Мо, кобальт Со, хром Сг, селен 8е, йод I.

Все жизненно необходимые микроэлементы поступают в организм с пищей и питьевой водой и относятся к числу незаменимых мик-ронутриентов.

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ УСЛОВНО ЭС-СЕНЦИАЛЬНЫЕ (условно жизненно необходимые) - это элементы, в отношении которых накапливается все больше данных об их важной роли в обеспечении нормальной жизнедеятельности организма. К этой группе сегодня относят фтор Р, бор В, кремний 81, никель N1, ванадий V, бром Вг, мышьяк Ля, литий Ы.

Возможно, некоторые из этих элементов со временем «переместятся» в группу жизненно необходимых микроэлементов, а в наши дни нередко рассматриваются как «серьезные претенденты на эссенциальность».

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ ТОКСИЧНЫЕ -большая группа элементов, которые в микроколичествах постоянно присутствуют в организме, однако их биологическая роль изучена еще недостаточно. Ввиду того, что многие из этих элементов обладают относительно высокой токсичностью, обычно основное внимание уделяется именно их вредному воздействию на организм. К этой группе относятся рубидий ИЬ, цирконий Zr, олово 8п, серебро Ag, золото Ли, вольфрам W, германий Се, галлий Са, стронций 8г, титан Т1, алюминий Л1, свинец РЬ, барий Ва, висмут В1, кадмий Сб, ртуть Hg, таллий Т1, бериллий Ве, сурьма 8Ь.

Токсичные и малоизученные микроэлементы не входят в число биоэлементов (эссенциаль-ных микроэлементов).

Существует также большая группа элементов, которые в организме человека в норме не определяются, и роль которых в обеспечении жизнедеятельности не известна или отсутствует. К этой группе относятся инертные газы, редкоземельные металлы, актиноиды, трансурановые элементы. Обычно по отношению к организму человека эти элементы выступают как загрязнители.

Вредное воздействие на организм некоторых из этих элементов (радионуклиды) изучено достаточно хорошо.

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ ПОТЕНЦИАЛЬНО ТОКСИЧНЫЕ - элементы, поступление которых в организм в количествах, превышающих допустимый уровень, может вызвать развитие патологических состояний. К числу этих элементов можно отнести рубидий ИЬ, цирконий Zr, олово 8п, серебро Ag, золото Ли, вольфрам W, германий Се, галлий Са, стронций 8г, титан Т1, тантал Та.

В заключение следует сказать, что прогресс биоэлементологии определяется как новыми технологиями, позволяющими проводить прижизненное количественное изучение биоэлемен-тного состава организма, и новыми данными о биоэлементном гомеостазе и роли отдельных биоэлементов в обеспечении жизнедеятельности, так и правильной систематизацией и пониманием эти новых данных.

Список использованной литературы:

1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. - М.: Медицина. 1991. - 496 с.

2. Венчиков А.И. Биотики. - М.: Медицина, 1962. - 279 с.

3. Георгиевский В.И., Б.Н. Анненков, В.Т. Самохин. Минеральное питание животных. - М.: «Колос», 1979.

3. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. - М.: Издательский дом «Оникс 21 век»: Мир, 2004. - 216 с.

4. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. - М.: Издательский дом «Оникс 21 век»: Мир, 2004. - 272 с.

5. Сусликов В.Л. Геохимическая экология болезней. Атомовиты. - М.: Гелиос АРВ, 1999. Т. 2. - 410 с.