Физиологические свойства кобальта и его влияние на организм человека



В работе обобщены исследования по влиянию кобальта на организм. Установлены позиции положительного влияния, а также токсичности кобальта на системы организма человека.

Ключевые слова: кобальт, влияние на организм, кобальт на почки, кобальт на кроветворение.

Введение

Несколько сот лет назад немецкая провинция Саксония была крупным по тем временам центром добычи серебра, меди и других цветных металлов. Очень часто горняки в рудниках находили руду, которая по всем внешним признакам казалась серебряной, но при плавке получить из нее драгоценный металл не удавалось. Хуже того, при обжиге такой руды выделялся ядовитый газ, отравлявший рабочих. Саксонцы объясняли эти неприятности вмешательством нечистой силы, коварного подземного гнома кобольда. От него же исходили и другие опасности, подкарауливающие рудокопов в подземельях. В те времена в Германии даже читали в церквах молитвы о спасении горняков от злого духа кобольда. И со временем, когда саксонцы научились отличать «нечистую» руду от серебряной, они ее назвали «кобольд». В 1735 г. шведский химик Брандт выделил из этой «нечистой» руды серый со слабым розоватым оттенком неизвестный металл. Имя «кобольд», или «кобальт», сохранилось и за ним.

Cobaltum (Co), химический элемент VIII группы периодической системы Д. И. Менделеева. Атомный номер 27, атомная масса 58,94. Тяжёлый металл белого цвета с красноватым оттенком. [1] Кобальт является одним из экологически важных для организма химических факторов. Кобальт относится к группе микроэлементов, то есть является жизненно необходимым для функционирования живых организмов. Вместе с тем, в избытке, как и многие другие микроэлементы, для организма токсичен и даже может быть губителен. [2]. Интерес к биохимии кобальта возник 30ых годах прошлого столетия в связи с тяжёлыми заболеваниями крупного рогатого скота и овец в самых разных уголках мира (Россия, Шотландия, Австралия, Новая Зеландия, Канада). Животные теряли массу, аппетит, становились вялыми, анемичными и в конце концов погибали.

Наличие анемии у животных наводило на мысль о причастности к этому дефицита железа. Но оказалось, что дело не в самом железе, а в присутствии в соединениях железа очень малых количеств кобальта. Добавление к корму кобальта полностью снимало все токсические симптомы [3, 4]. Кобальт как микроэлемент необходим всем живым организмам. Существует много работ, касающихся роли кобальта в физиологии растений: растения накапливают кобальт (главным образом в корнях), его содержание повышается в период роста и снижается во время цветения. Небольшие добавки кобальта приводят к значительному повышению урожая и улучшению его качества (злаки, картофель, бобовые). К пищевым продуктам с высоким содержанием кобальта относятся: свёкла (особенно ботва), хлеб, гречиха, капуста, инжир, зелёный лук, грибы, груши, редис, помидоры. Кобальта в них содержится около 0.2 мг/кг. Яблоки, абрикосы, бананы, морковь, вишня, кофе, кукуруза, баклажаны, овёс, перец, картофель, рис, злаки (0.05 мг/кг) [15].

Данные по содержанию кобальта в крови и различных органах человека приводятся в очень многих работах. Приведём лишь некоторые из них. В крови содержание кобальта составляет в среднем 0.238 мг/кг, при этом в эритроцитах оно варьирует от 0.059 до 0.13, а в сыворотке — от 0.0055 до 0.40 мг/кг. В органах наибольшая концентрация кобальта приходится на печень (0.076–0.201 мг/кг), затем идут почки, поджелудочная железа, селезёнка. Выводится кобальт из организма человека в основном почками. Среднее поступление кобальта в организм человека с пищей около 0.03–0.3 мг в день, достаточно для нормального метаболизма низшей дозы — 0.03 мг [15–17].

Физиологические и патофизиологические эффекты кобальта разнообразны. Есть сведения о влиянии его на метаболизм углеводов и липидов [6], на функцию щитовидной железы [7], состояние миокарда [7, 8]. Именно так называемая «пивная кардиомиопатия» привлекла внимание к токсическим влияниям кобальта, что привело к прекращению его использования для лечения анемий. Дело в том, что в некоторых странах в течение ряда лет (60-е гг. ХХ столетия) для улучшения пенообразования к пиву добавляли кобальт (1.2–1.5 мг/л), и это повлекло тяжёлые заболевания вплоть до летальных исходов у любителей этого напитка. Кобальт может способствовать развитию опухолей [9], он даже внесён в перечень канцерогенных агентов IARC (Агентства по исследованию рака Международной Организации Здравоохранения), в то же время его комплексные соединения оказывают противоопухолевое действие [10]. Он токсичен [11] (первые сведения о токсичности кобальта появились ещё в 1883 г. [12]), в то же время и сам может выступать как противоядие при интоксикации цианидами.

Есть сведения об эпилептогенном действии кобальта [10], так же есть данные, которые [11] свидетельствуют о влиянии кобальта на основные параметры системной гемодинамики.

Влияние кобальта на сердечно-сосудистую систему

Повышенное поступление кобальта оказывает значительное влияние на параметры системной гемодинамики, об этом свидетельствует ряд научных трудов. Данные немного разнятся, поскольку наблюдали как вазодилатационный, так и вазоконстрикционный эффекты. Больше свидетельств вазодилатационного влияния, хотя в экспериментах по искусственному жизнеобеспечению изолированной почки крысы наблюдали резкую вазоконстрикцию при добавлении хлористого кобальта в циркулирующий раствор [18].Проявляя антиатеросклеротическое действие, кобальт способствует снижению уровня холестерина в крови и выведению его из кровеносных сосудов, предупреждая его отложение на стенках сосудов в виде атеросклеротических бляшек [19]. Соединения кобальта вызывают довольно значительное снижение кровяного давления у кроликов, кошек, собак и других животных. Некоторые исследователи показали, что введение солей кобальта собакам и кошкам, как правило, вызывает в острых опытах довольно значительное падение кровяного давления. Гипотензивное действие кобальта может быть ослаблено или даже полностью снято предварительным введением цистеина. Кобальт вызывает также ослабление гипертензивного действия адреналина [20]. Ежедневным добавлением к основному рациону кроликов, страдающих экспериментальной почечной гипертонией, 0,11,0 мг хлористого кобальта вызывает снижение кровяного давления.

Роль кобальта впроцессе кроветворения

Изучено, что наиболее важной стороной биологической роли этого микроэлемента является его влияние на процессы кроветворения. Атомы кобальта постоянно присутствуют в центре молекулы витамина В12, в которой его массовая доля составляет 4,5 %. (кобаламина). Являясь активатором кроветворения, кобальт способствует регуляции синтеза гема из протопорфирина и железа, то есть включению иона железа в молекулу гемоглобина, стимулирует выработку эритроэтинов, активирует функции костного мозга, увеличивает содержание ретикулоцитов, ускоряет созревание эритроцитов, таким образом, предотвращая развитие анемии [18].Основное количество кобальта образует с белками крови, молока, плаценты и других тканей сложные комплексные биологически активные соединения. Известно, чтоэлемент входит в состав фибрина, альбуминов и глобулинов крови. В печени животных более 40 % кобальта связано с белковыми фракциями. Кобальт способен образовывать соединения и с аминокислотами гистидином и цистеином. При недостатке или отсутствии кобальта у животных наступает анемия и гипокобальтоз [7,13,14]. Учитывая тесные связи кобальта и витамина В12 нужно сказать, что витамин B12 является фактором роста, участвует в синтезе лабильных метильных групп и в образовании холина, метионина, креатина, нуклеиновых кислот; способствует накоплению в эритроцитах соединений, содержащих сульфгидрильные группы. Является коферментом ряда жизненно важных ферментов рибонуклеозид трифосфатредуктазы (КФ 1.4.3.8), метилтрансферазы (КФ 2.1.1.13), метилмалонилСоАмутазы (КФ 5.4.99.2). Оказывает благоприятное влияние на функцию печени и регенерацию нервных волокон. Витамин B12 активирует свёртывающую систему крови. Он активирует обмен углеводов и липидов. При атеросклерозе несколько понижает содержание холестерина в крови, повышает лецитинхолестериновый индекс. [18]. Введение в организм животного этого витамина способствует увеличению содержания эритроцитов и гемоглобина в крови. Особенно эффективно применение витамина В12 при злокачественной анемии у людей. Эти сведения давно вошли в учебники по физиологии и биохимии. Недостаток витамина В12 приводит к злокачественной (пернициозной) анемии у человека. При дефиците микроэлемента снижается синтез витамина В12 в желудочно-кишечном тракте, нарушается гемопоэз, затрудняется превращение фолиевой кислоты в её активную форму тетрагидрофолиевую кислоту.

Влияние кобальта на процессы пищеварения

Установлено, что соли кобальта оказывают определённое влияние на процессы пищеварения. Положительное действие кобальта связано с необходимостью его для жизнедеятельности микроорганизмов, населяющих желудочно-кишечный тракт и синтезирующих в нем ряд витаминов группы В, фолиевую кислоту, и др. Установлена целесообразность применения комплексного соединения кобальта с витамином Н (биотином) для лечения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Как утверждает автор, внутримышечное введение этого препарата в большинстве случаев способствует улучшению общего состояния больных, прекращению изжоги и кислой отрыжки, болей в эпигастральной области, а также тошноты и рвоты. [12]

Влияние кобальта на обмен веществ ворганизме

Кобальт влияет на метаболизм углеводов и липидов. В исследованиях обнаружено, что он участвует в синтезе инсулина, поскольку небольшие дозы кобальта при подкожном введении экспериментальным животным натощак вызывали снижение количества сахара в крови и ослабление алиментарной гипергликемий; при введении больших доз солей кобальта чаще проявлялось гипергликемическое действие указанного микроэлемента. Соединения кобальта оказывают весьма интенсивное влияние на обмен в организме простых и сложных белков. Способствует лучшему усвоению организмом витаминов А, Е, С, в тесном взаимодействии с витамином С, фолиевой и пантотеновой кислотами участвует в синтезе белков, жиров и углеводов. Известно, что кобальт участвует в реакциях трансметилирования, в синтезе аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, кобаламин во взаимодействии с другими веществами запускает основной жизненный процесс — синтез дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот (ДНК и РНК), влияет на рост и развитие организма. Недостаток кобальта и витамина В12 угнетает метилирование тРНК, синтез метионина, РНК и ДНК. Нарушение синтеза нуклеиновых кислот в кроветворных клетках ведёт к задержке их деления и созревания. В результате этого в крови появляются мегалоциты и мегалобласты, которые легко гемолизируют.

Влияние кобальта на почки

В изученной нами литературе, мы не столкнулись с работами где чётко было бы описано положительное влияние тяжёлого металла кобальта на почки однако при сборе материала мы обратили внимание на большое количество научных трудов кафедры нормальной физиологи СОГМА где экспериментальным путём доказано отрицательное влияние больших доз данного металла на основной экскреторный орган нашего организма. Особенности строения почки и высокий уровень кровоснабжения обуславливают длительность контакта токсических веществ и их метаболитов с почечным эндотелием, и клетками интерстиции. Все это способствует тому, что почка становится органом-мишенью для действия вредных веществ, в том числе тяжёлых металлов. Данные литературы свидетельствуют о способности почки аккумулировать кобальт при его избыточном поступлении в организм. По данным научной литературы было замечено, что после разового введения высокой дозировки хлорида и протопорфирина кобальта в почке поддерживается высокая концентрация металла даже спустя четыре недели после инъекции. Установлены прямые взаимосвязи между содержанием кобальта в крови и уровнем его в моче. [21]. Способность кобальта изменять процессы канальцевой реабсорбции электролитов, была описана в работе Гончаревской O. A., и соавт. (1985). Установлено, что повышение концентрации тяжёлого металла в проксимальном отделе канальцевого аппарата почек приводит к усилению процессов реабсорбции кальция, хлоранатрия и воды. Аналогичные изменения процессов канальцевой реабсорбции электролитов формируются и в дистальном отделе, за исключением процессов реабсорбции ионов кальция, подавление которой обусловлено ингибирующим действием хлорида кобальта [24].

Нарушение обмена кобальта ворганизме

Потребность человека в кобальте 0,0070,015 мг, ежедневно. В теле человека содержится 0,2 мг кобальта на каждый килограмм массы человека. При отсутствии кобальта развивается акобальтоз. Однако избыток кобальта для человека также вреден. Нарушения обмена кобальта характеризуются снижением его содержания в цельной крови за счёт уменьшения количества в сыворотке крови и эритроцитах. Выделение кобальта с мочой повышается, с калом снижается. Указанные нарушения нарастают по мере развития почечной недостаточности. При терминальной почечной недостаточности содержание кобальта в печени, почках, селезёнке, сердце, лёгких, поджелудочной железе, скелетных мышцах снижено, в костной ткани повышено. Нарушение обмена кобальта возникает либо при недостаточном поступлении его с пищей (чаше всего, это эндемический фактор недостаточное содержание кобальта в почве и воде), неполного его всасывания в тонких кишках. Возможно ещё нарушение комплексирования кобальта с βглобулином и образования транскобаламина II, что приводит к развитию пернициозной анемии. Симптомами дефицита кобальта в организме являются общая слабость, утомляемость, анемии, вегетососудистые нарушения, аритмии, замедление развития в детском возрасте, медленное выздоровление после заболеваний. Лекарственные препараты, которые содержат кобальт, улучшают усвоение железа и применяются при лечении анемии. БАД «Кобальт активный» восполняет дефицит кобальта в организме. Рекомендуется для профилактики и лечения состояний, связанных с недостатком этого микроэлемента, вегетарианцам, лицам с нарушениями функций органов желудочно-кишечного тракта, спортсменам, испытывающих повышенные физические нагрузки, а также при кровопотерях и глистной инвазии. Несмотря на то, что избыточное поступление кобальта в организм встречается довольно редко, этот процесс сопровождается различными нарушениями здоровья. Повышенное содержание кобальта может наблюдаться у лиц, работающих в металлургической, стекольной и цементной промышленности. Пыль, содержащая соединения кобальта, при поступлении в лёгкие способна вызывать отёк и лёгочные кровотечения. Повышенное количество кобальта в организме может наблюдаться при избыточном приёме витамина В12. Соли кобальта используются при производстве некоторых сортов пива, что в ряде случаев приводит к развитию у потребителей «кобальтовой» кардиопатии. Летальная доза кобальта для животных составляет 2530 мг/кг. Наиболее высокой токсичностью для человека обладают растворимые соли: кобальта хлорид, кобальта карбонат, а также металлический кобальт. Основные проявления избытка кобальта: пневмосклероз, «кобальтовая» пневмония; поражение сердечной мышцы («кобальтовая» кардиомиопатия); аллергодерматиты (контактный дерматит); гиперплазия щитовидной железы; поражение слухового нерва; повышение артериального давления и уровня липидов в крови; повышение содержания эритроцитов в крови. Синергисты и антагонисты кобальта: повышенное содержание белка и железа в пище замедляют усвоение кобальта в желудочно-кишечном тракте; напротив, медь и цинк усиливают этот процесс. Избыток кобальта может приводить к нарушению метаболизма йода в щитовидной железе.

Заключение

1. Участвуя в процессах кроветворения кобальт входит в молекулу витамина В12 (кобаламина), который представляет собой сложную молекулу с атомом кобальта в центре. Кобальт, являясь активатором кроветворения, стимулирует выработку эритроцитов в костном мозге, участвует в усвоении железа, таким образом, предотвращая развитие анемии.

2. Регулируя функции нервной системы кобальт в составе витамина В12 участвует в строительстве белковых и жировых структур защитного миелинового слоя нервной клетки, предотвращая неврологические симптомы: раздражительность, утомление, обострение нервных заболеваний.

3. Нормализуя обмен веществ кобальт регулирует работу эндокринной системы, входит в состав металлоэнзимов, во многих реакциях обмена является активатором ферментов; в тесном взаимодействии с витамином С, фолиевой кислотой (витамином В9) и пантотеновой кислотой (витамином В5) участвует в синтезе белков, жиров и углеводов.

4. Способствуя обновлению клеток организма кобаламин во взаимодействии с другими веществами запускает основной жизненный процесс синтез дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот (ДНК и РНК), из которых состоят клеточные ядра, и которые содержат всю наследственную информацию. Они поддерживают и стимулируют синтез белковых веществ.

5. Стимулирует рост костной ткани достаточный запас в остеобластах (клетках костной ткани) кобаламина имеет важное значение для образования костей. Это особенно важно для детей, в период активного роста, и женщин, в климактерическом периоде, у которых происходит гормонально обусловленная потеря костной массы.

6. Проявляет антиатеросклеротическое действие кобальт способствует снижению уровня холестерина в крови и выведению его из кровеносных сосудов, предупреждая его отложение на стенках сосудов в виде атеросклеротических бляшек. Вывод Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о положительном влиянии кобальта на различные системы нашего организма, если только не превышена суточная потребность данного микроэлемента

Литература:

1. https://www.wikipedia.ru, свободная энциклопедия
2. И. И. Моргулис, Р. Г. ХлебопросКрасноярский научный центр СО РАНСибирский федеральный университет(Россия, Красноярск) современные проблемы медицины, биологическая роль кобальта.http://modernproblems.org.ru/ecology
3. Nieboer E., Sanford W. E. Essential, toxic and therapeutic functions of metals (including determinant of reactivity) // Rev. Biochem. Toxicol. 7. — New York, 1985. — P. 205–245.
4. Young R. S. Cobalt // Biochem. essent. ultratrace elem. — 1985. — P. 133–147.
5. Taylor A., Marks V. Сobalt: a review // J. Hum. Nutr. — 1978. — Vol. 32. — P. 145–177.
6. Калиман П. А., Беловецкая И. В. Влияние хлорида кобальта на активность ключевых ферментов метаболизма гема в печени крысы // Биохимия. — 1986. — Т. 51, № 8. — С. 1307– 1308
7. Авцын А. П., Жаворонков А. А., Риш М. А., Строчкова Л. С. Микроэлементозы человека. — М.: Медицина, 1991. — 496 с
8. Taylor A. Detection and monitoring of disorders of essential trace elements // Ann. Clin. Biochem. — 1996. — Vol. 33. — P. 486–510.
9. ЛьвоваГ.Н., ЧопикашвилиЛ.В., ВасильеваИ.М. идр.Защитные действия аскорбиновой кислоты в клетках людей, контактирующих с хлоридом кобальта // Генетика. — 1990. — № 7. — С. 1316–1319
10. Осинский С., Левитин И., Бубновская Л. и др. Селективность действия редоксактивных комплексов кобальта (III) на опухолевую ткань // Экспериментальная онкология — 2004. — Т. 26, № 2. — С. 18–24.
11. Ветров В. А., Кузнецова А. И. Микроэлементы в природных средах региона озера Байкал. — Новосибирск: Издво СО РАН НИЦ ОИГГМ, 1999. — 234 с.
12. Anderson S. P. T. Nickel and cobalt: Their physiological action on the animal organism // J. Anat. Physiol. — 1883. — Vol. 17. — P. 89–123.
13. Андросова Л. Ф. Нормирование кобальта в рационах коров на Сахалине В: Зоотехния, 2005, с. 2022
14. Коноводова Е. Н. Эритропоэтин у плода и новорожденного. В: Акушерство и гинекология. 2004, № 1. стр. 1316.