Обмен цинка в организме и его нарушение

10.08.2016
Содержание и распределение цинка в организме. В организме здорового человека содержится 1,5—2,5 г цинка, который составляет около 0,003 % массы тела. Он есть во всех органах и тканях, преимущественно в составе металлоферментов. Около 63 % всего цинка находится в скелетных мышцах. Значительное количество этого микроэлемента содержится в печени, головном мозге, щитовидной железе, гипофизе, молочных железах и грудном молоке. Тем не менее наибольшая его концентрация наблюдается в предстательной железе, сперматозоидах и β-эндокриноцитах островков поджелудочной железы. В крови содержится лишь 1 % цинка. В плазме, где цинк на 70 % связан с альбуминами, его концентрация составляет 46—61 мкмоль/л, а в эритроцитах — 153—214 мкмоль/л.

Механизмы всасывания, транспорта, депонирования и выведения цинка. Перед абсорбцией в тонкой кишке цинк должен освободиться от органических носителей, а дальше часть этого гидрофильного металла проникает через апикальную мембрану энтероцитов с помощью DMT 1, о котором шла речь выше. Кроме того, транспорт цинка в энтероцитах, как и в других клетках, обеспечивается двумя семействами селективных транспортеров цинка: семейством белков — импортеров цинка (zincimporterproteins, ZnIPs), доставляющих его в цитозоль клеток, и семейством транспортеров цинка (zinctransporters, ZnTs), которые удаляют его из клеток или изолируют во внутриклеточных везикулах.

Так, ZnIP 1 способствует захвату клетками цинка и железа, ZnIP 4 селективно абсорбирует в кишечнике цинк, a ZnIP 3 высвобождает его из внутриклеточных компартментов в цитозоль. В свою очередь ZnT 1, расположенный на базолатеральной мембране энтероцитов, нефроцитов дистальных канальцев почек и на плазматических мембранах клеток других органов, высвобождает цинк из клеток в кровь. ZnT 2 и ZnT 3 переносят цинк из цитозоля клеток в специфические везикулы. ZnT 4 обеспечивает его поступление в грудное молоко. ZnT 5 транспортирует цинк в секреторные гранулы β-эндокриноцитов островков Лангерганса, a ZnT 6 — в везикулы и аппарат Гольджи.

Попав в цитозоль энтероцитов и других клеток, цинк либо депонируется в везикулах в связанном с металлотионеином состоянии, либо используется для синтеза металлоферментов, либо выводится с помощью ZnT 1 в кровь, где связывается с альбуминами и, частично, с гистидином и цистеином. Этот процесс может регулироваться концентрацией цинка в цитозоле: ее повышение стимулирует экспрессию генов, кодирующих синтез металлотионеина и ZnT 1, посредством воздействия на регулируемый металлом факгор транскрипции 1 (metal-regulatory transcription factor 1, MTF 1), который локализуется в хромосоме 1.

Такая сложная система обмена цинка не только позволяет поддерживать концентрацию этого металла в цитозоле на постоянном уровне, но и способна регулировать интенсивность его всасывания в кишечнике и реабсорбции в почках. Так, из пищи, бедной цинком, усваивается около 85 %, а из обычной пищи — лишь 10—30 % этого микроэлемента. Выводится цинк из организма преимущественно с калом, в который попадают металлоферменты поджелудочной железы и энтероцитов, а также слущенные энтероциты.

Источники поступления цинка в организм и потребность в нем в зависимости от возраста и пола. У детей грудного возраста потребность в цинке удовлетворяется при грудном вскармливании. В грудном молоке цинк связан с альбумином и лактоферрином, тогда как в коровьем — с казеином, который переваривается намного хуже. Этим и объясняется большая доступность цинка грудного молока. Цинк содержится в продуктах как животного, так и растительного происхождения, но усвоению его из последних препятствуют фитиновая кислота и клетчатка. Также всасывание цинка ухудшают медь, кальций, кадмий, фосфаты, ИЛ-1, алкоголь и дефицит витамина А. Животные белки и такие аминокислоты, как лизин, цистеин, глицин и глутамат, наоборот, способствуют его всасыванию.

Суточная потребность в пищевом цинке у взрослых мужчин составляет 15 мг, у женщин — 12 мг, у беременных — 15 мг, в период лактации — 19 мг. У детей грудного возраста она составляет 5 мг/суг., а у более старших детей — 10 мг/сут.

Роль цинка в организме человека определяется тем, что он входит в состав около 200 ферментов, относящихся ко всем известным классам. Этот микроэлемент способен связываться одновременно с четырьмя и более лигандами и имеет большое сродство к электронам, что обеспечивает стабильность соединений, в которые он входит. Поэтому в металлоферментах цинк может выполнять не только каталитическую, но и структурную функцию. К важнейшим цинксодержащим ферментам относятся алкогольдегидрогеназа, супероксиддисмутаза, аминопептидаза, карбоксипептидаза, ангиотензиназа, щелочная фосфатаза, карбоангидраза, коллагеназа и др. Цинк играет важную роль в синтезе ДНК, РНК и белка. Он стимулирует регуляцию клеточного цикла, пролиферации и дифференцировки клеток, входит в состав всех известных транскрипционных факторов, необходимых для функционирования ДНК- и РНК-полимераз. Цинксодержащие протеины принимают участие в генетической экспрессии различных факторов роста, модуляции протеинкиназ.

Кроме того, цинк входит в состав гормона вил очковой железы тимулина и необходим для созревания лимфоцитов. Он принимает участие в упаковывании инсулина, гонадотропинов и других гормонов, входит в состав глюкокортикоидных рецепторов. Цинк восстанавливает ретинол в сетчатке глаза, является необходимой составляющей белка густина, вырабатываемого в околоушных слюнных железах. Этот белок необходим для роста вкусовых сосочков, а следовательно, и для нормальной вкусовой чувствительности.

В отличие от железа, меди, марганца, хрома, ванадия, бериллия и мышьяка, цинк не изменяет свою валентность и не принимает непосредственного участия в окислительно-восстановительных реакциях, а значит, не стимулирует образование активных кислородных радикалов. Это свойство, а также наличие цинка в составе цитозольной супероксидцисмутазы, обусловливает его функцию в роли минерального антиоксиданта.

Дефицит цинка достаточно широко распространен во всем мире, особенно в регионах, где в рационе населения преобладают злаковые протеины. Он сопровождает заболевания пищеварительного канала и печени, а также может быть результатом наследственных заболеваний.

Выраженный дефицит цинка у беременной может послужить причиной гидроцефалии, уменьшения объема головного мозга и общего количества нервных клеток, микро- и анофтальмии, расщелины нёба, порока сердца у плода и новорожденного. У детей грудного возраста он может быть следствием нехватки этого микроэлемента в организме матери, недостаточного количества ZnT 4 в молочных железах либо перевода ребенка на искусственное вскармливание. В раннем детстве и позже дефицит цинка чаще всего обусловлен недостаточным употреблением животных белков, наличием энтерита или хронического гемолиза эритроцитов. У взрослых основной причиной недостатка цинка может стать алкоголизм. Дефицит этого микроэлемента приводит к задержке роста и недостаточному развитию гонад у мальчиков, умственному недоразвитию, снижению аппетита, выпадению волос, ночной слепоте, снижению и исчезновению вкусовой чувствительности, угнетению клеточного иммунитета, нарушению сна. Ранними его признаками могут быть прыщавость и появление белых пятен на ногтях, их ломкость. У подростков и взрослых, которые с детства страдали дефицитом цинка, кроме вышеупомянутых симптомов наблюдаются карликовость, гипогонадизм без вторичных половых признаков, бесплодие, гипохромная микроцитарная анемия, нарушение заживления ран. Патогенетической составляющей большей части этих последствий дефицита цинка является отсутствие функции цинксодержащих ферментов, необходимых для пролиферации и дифференцировки клеток. Недостаточная концентрация щелочной фосфатазы при дефиците цинка может нарушать остеогенез. Агевзии (потеря вкуса) способствует недостаточная продукция цинксодержащего белка густина, а иммунодефицит является следствием нарушения синтеза тимулина с угнетением деления клеток.

Дефицит цинка может быть и результатом энтеропатинеского акродерматита — очень редкого аутосомно-рецессивного заболевания, которое проявляется везикулярным и псориазоформным дерматитом на локтях, в паховых складках и вокруг естественных отверстий, а также алопецией (выпадением волос) и диареей. При отсутствии лечения препаратами цинка это заболевание приводит к выраженному дефициту цинка и смерти. В последние годы установлен патогенез энтеропатического акродерматита. Выяснилось, что его причиной является мутация гена SLC 39 А 4 в 15 хромосоме и, возможно, хромосоме 8, который в норме кодирует ZnIP 4. Этот белок, имеющий 8 трансмембранных доменов, в большом количестве содержится в апикальных мембранах энтероцитов и нефроцитов дистальных канальцев, обеспечивая кишечную абсорбцию и почечную реабсорбцию цинка. Недостаток ZnIP 4 и обусловливает фатальный дефицит цинка.

Избыток цинка при постепенном поступлении не оказывает выраженного токсического действия, поскольку он не кумулируется и быстро выводится. В целом содержание цинка в органах и тканях благодаря совершенной системе регуляции мало изменяется в случае избыточного или умеренно недостаточного поступления цинка в организм. Изменения происходят лишь в крови. Тем не менее в случае резкого поступления большого количества цинка наблюдаются сонливость, головокружение, рвота, галлюцинации, анемия. При употреблении 45 г цинка сульфата (ZnSO4) зарегистрированы отравления, закончившиеся смертью.