Биологично значимите елементи са химични елементи, които са необходими на живите организми да осигурят нормалното си функциониране. Елементите, които осигуряват жизнената дейност на организма, се класифицират според различни характеристики – съдържание в организма, степен на необходимост, биологична роля, тъканна специфичност и др. Според съдържанието в тялото на хората, елементите се разделят на:
макроелементи (макронутриенти) (стотни от процента или повече);
микроелементи (от стохилядни до хилядни от процента);
ултрамикроелементи (милионни части от процента или по-малко).
Понякога ултрамикроелементите не са отделени от микроелементите.
Макроелементи (Макронутриенти)
Тези елементи формират основата на организмите. Те се съдържат в тялото на възрастен човек в значителни количества, от десетки грамове (хлор, магнезий) до десетки килограми (кислород, въглерод); с други думи, макроелементите включват всички биоелементи, чието съдържание в организма надвишава 0,1% от телесното тегло.
Органогенни елементи
Основната част от клетъчната маса на човека е съставена от 4 елемента (посочено е тяхното процентно съдържание):
Кислород – 65% ; Въглерод – 18% ; Водород – 10% ; Азот – 3% ; Общо – 96%.
Тези макроелементи се наричат органогенни елементи или макронутриенти. Те са градивните елементи на белтъци (протеини), мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини и много други органични вещества. Тези четири елемента се обозначават с акронима CHNO.
Други макроелементи (макронутриенти)
По-долу са изброени макроелементите (макронутриенти) и тяхното съдържание в човешкото тяло.
Калций -1,7% Фосфор – 1,25% Калий – 0,25% Сяра – 0,3% Натрий – 0,2% Хлор – 0,2% Магнезий – 0,05%
Микроелементи
Микроелементите са елементи, чието съдържание в човешкото тяло е между 0,001 и 0,00001% (от няколко g до няколко mg); с други думи, микроелементите включват всички елементи, чието съдържание е по-малко от 0,1% от телесното тегло. Според тяхното значение за осигуряване на жизнената активност на организма, микроелементите могат да бъдат разделени на три групи: есенциални микроелементи, условно есенциални микроелементи, токсични и слабо проучени микроелементи. Сложността на подобна класификация на микроелементите е, че самите есенциални микроелементи, при определени условия, могат да предизвикат токсични реакции, а отделни токсични микроелементи, при определена дозировка, могат да проявяват свойствата на есенциалните, т.е. да бъдат жизненоважни. Съдържанието на микроелементи в организма е малко, но те участват в биохимичните процеси и са необходими за живите организми. Поддържането на съдържанието им в тъканите на физиологично ниво е необходимо за поддържане на постоянството на вътрешната среда (хомеостаза) на организма.
Есенциални микроелементи
Есенциалните (жизненоважни) микроелементи са тези, които постоянно присъстват в организма и за които е установена изключителната им роля за осигуряване на живота. Всички жизненоважни микроелементи постъпват в организма с храната и питейната вода. По азбучен ред (15):
Ванадий (V) Желязо (Fe) Йод (I) Кобалт (Co) Силиций (Si) Литий (Li) Никел (Ni) Манган (Mn) Мед (Cu) Молибден (Mo) Арсен (As) Селен (Se) Флуор (F) Хром (Cr) Цинк (Zn)
Условно есенциални микроелементи
Условно есенциалните (условно жизненоважни) са микроелементи, за които се установява важната им роля в осигуряването на жизненоважните функции на организма. По азбучен ред (6):
Бор (B) Бром (Br) Кадмий (Cd) Олово (Pb) Стронций (Sr) Титан (Ti)
Токсични и слабо проучени микроелементи
Токсичните и слабо проучени елементи включват голяма група елементи, които постоянно присъстват в организма в много малки количества, но тяхната биологична роля не е достатъчно проучена. Много от тези елементи са сравнително силно токсични, затова основно внимание се обръща на вредното им въздействие върху организма. По азбучен ред (15):
Барий (Ba) Берилий (Be) Бисмут (Bi) Галий (Ga) Германий (Ge) Лантан (La) Калай (Sn) Радий (Ra) Рубидий (Rb) Сребро (Ag) Скандий (Sc) Торий (Th) Уран (U) Цезий (Cs) Цирконий (Zr)
Биогенни елементи
Биогенните (биофилни) са химични елементи, които постоянно се включват в състава на организмите и изпълняват определени биологични функции. Елементите и техните съединения, необходими за живота в големи количества, се наричат макробиогенни (C, O, N, H, Ca, P, K, Na, S), а в малки количества – микробиогенни. За растенията това са: Fe, Mg, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, V, Ca, които осигуряват функциите на фотосинтеза, азотен метаболизъм и метаболитна функция. Животните се нуждаят както от изброените елементи (с изключение на B), така и от Se, Cr, Ni, F, I и Sn. Въпреки малките количества, всички тези елементи са необходими за жизнената дейност на биосистемите.
Взаимодействие и хомеостаза
Йонната природа на елементите води до образуването на техни комплекси под влиянието на различни неабсорбирани хранителни компоненти. Освен това, хомеостазата на елементите в човешкото тяло зависи от много фактори:
алкохол; загуба на кръв; лекарства; заболявания; инфекции; тежки метали;
хормони; генетична предразположеност; хирургическа интервенция; миокарден инфаркт;
нефроза; бременност; ваксини срещу грип с удължено освобождаване; изпотяване; нарушена абсорбция (малсорбция); диетични фибри; кърмене;
Биологично важните елементи се абсорбират в стомашно-чревния тракт, но много от тях също се екскретират в стомашно-чревния тракт. В идеалния случай повечето от елементите, екскретирани в стомашно-чревния тракт, се реабсорбират. Някои елементи се абсорбират чрез активен транспорт или чрез стимулирана дифузия; други се абсорбират чрез пасивна дифузия, а някои чрез два или повече механизма. Абсорбцията на есенциални елементи се контролира от хомеостазата, която осигурява тяхното нормално разпределение.
Съществува известно физиологично взаимодействие между елементи, конкуриращи се за места за образуване на връзки по четковата граница на ентероцитите, за определени органични комплексообразуващи елементи в ентероцитите или за места върху специфични транспортни протеини. Съществува и конкуренция за рецептори преди включването им в окончателната им матрица във функционалните клетки. Физическите и химичните свойства на елементите се определят от тяхната електронна конфигурация.
Липса на минерали в организма
Основните причини, причиняващи минерален дефицит са:
Неправилно или еднообразно хранене, лошо качество на питейната вода.
Геоложки особености на различни региони на Земята – ендемични (неблагоприятни) зони.
Голяма загуба на минерали поради кървене, болест на Крон, улцерозен колит и др.
Употреба на алкохол и някои лекарства, които свързват микроелементите или водят до загубата им от организма.
Употреба на термина „минерал“ във връзка с макро- и микроелементите.
Макро- и микроелементите постъпват в тялото основно с храната. За тяхното обозначаване на английския език се използва терминът „диетични минерали“ dietary minerals.
В края на 20-ти век производителите на лекарствени продукти и хранителни добавки започват да използват термина „ минерал “, за да обозначат макро- и микроелементите. От научна гледна точка подобно използване на този термин е неправилно. Въпреки това, производителите на така наречените „хранителни добавки“ започват да наричат своите продукти витаминно-минерални комплекси, което означава добавяне на макро- и микроелементи към витамините.