Idézet a Lombik és Reaktor Kémiai Hírlevél ( http://www.lombikesreaktor.hu/ ) 2003. évi első számából:

"A Lombik és Reaktor szerkesztősége a múlt évi téli számban pályázatot hirdetett rövid hírek írására. Számos pályamunka érkezett a szerkesztőséghez, de sajnos nem rövid híreket kaptunk, amint azt meghirdettük, hanem hosszabb lélegzetű cikkeket. Ezek közül a Bíráló Bizottság Sándor Zoltán: Ekvivalencia-törvény az emberi szervezet és az élőlények fémháztartásában című cikkét teszi első helyre, a második és harmadik díjat nem osztja ki. Gratulálunk."


Ekvivalencia-törvény az emberi szervezet és az élőlények fémháztartásában

Lombik és Reaktor Kémiai Hírlevél 2003/1. 2-14. o.

Sándor Zoltán

MTA Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet
1117 Budapest, Magyar Tudósok Körútja 2.

E-mail: sandor.zoltan@ttk.mta.hu

 

Néhány biológiai eredetű minta fémtartalma, valamint az emberi szervezet fém szükségletei (Recommended Dietary Allowances = RDA [1]) és elméleti megfontolások alapján arra a következtetésre jutottam, hogy a mikroorganizmusoktól kezdve egészen az emberig, a földi élőlények fémháztartásában egy ekvivalencia-törvény létezik. Érdekes, hogy ez a tulajdonképpen szükségszerű és egyszerű biológiai szimmetria-törvény akár elméleti megfontolások, akár különböző mérési adatok alapján, becslésem szerint már kb. három-négy évtizeddel ezelőtt is felismerhető volt. E törvény értelmében az élőlények összes alkálifém szükséglete (S M+; lényegében a kálium és a nátrium összege) kémiailag egyenértékű (ekvivalens) a többértékű fémek szükségletének összegével (S Mz+; a kalcium, magnézium, cink, vas, mangán, réz stb. összege). A kémiai ekvivalencia ez esetben azt jelenti, hogy az alkálifémek ionjainak összes töltése egyenlő a többértékű fémek ionjainak összes töltésével. A kémiai egyenértékek kiszámításához a kérdéses fém(ion) tömegét el kell osztani a relatív atomtömegével, majd megszorozni az ion oxidációs számával, vagyis pozitív töltéseinek számával. Az alkálifémeknél ez a szorzás felesleges, mert ionjaik oxidációs száma +1. Az előbbi jelölések alkalmazásával ezt az ekvivalencia-törvényt a következő formulával írhatjuk le: S M+ = S Mz+. Gyakorlati használatra célszerűbb egy másik formában írni, amely a következő: S M+ / S Mz+ = 1. Legalábbis elméletileg, hiszen ha a számláló és a nevező ugyanannyi, akkor a hányados értéke 1. Így valamely vizsgált mintában megmért fémtartalmak alapján kiszámítható egy ekvivalencia-hányados (EQ = S M+ / S Mz+), amely konkrétan megadja a törvény érvényesülésének mértékét. Az alkálifémek többlete esetén az ekvivalencia-hányados 1-nél nagyobb, ellenkező esetben pedig 1-nél kisebb szám. EQ értékét százzal szorozva azt kapjuk, hogy a többértékű fémek egyenértékeinek összegéhez viszonyítva hány százalék az alkálifémek egyenértékeinek összege.

Az ekvivalencia-törvény létezését bizonyító adatok

Az RDA szerint, például a 19-24 év közötti férfiak napi fém szükségletei mg-ban megadva a következők: 500 nátrium, 2750 (2000-3500 között) kálium, 1200 kalcium, 350 magnézium, 15 cink, 10 vas, 3,5 (2-5 között) mangán és 2,25 (1,5-3 között) réz. Ezek alapján S M+ = 92,085 mekv (milliekvivalens = milliegyenérték), S Mz+ = 89,853 mekv (a vasat +2,5, a mangánt +3 oxidációs fokkal számítva) és ezek hányadosa; EQ = 1,025. Megjegyzem, hogy a káliumra vonatkozó 3500 mg-os értéket lábjegyzetben találhatjuk meg. Ha csupán az RDA táblázatában megadott 2000 mg káliummal számolunk, akkor az EQ = 1-től való eltérés már (jóval) nagyobb: EQ = 0,811, ha pedig a 3500 mg káliumot vesszük figyelembe az alkálifémek egyenértékeinek összegében, akkor EQ = 1,2383-at kapunk. Szintén az RDA alapján egy másik korcsoport, pl. a 7-9 éves gyermekek napi szükségletei mg-ban: 400 Na, 1600 K, 800 Ca, 170 Mg, 10 Fe, 10 Zn, 2,5 Mn és 1,5 Cu. Ezek alapján S M+ = 58,322 mekv, S Mz+ = 54,849 mekv, és az ekvivalencia-hányados 1,063. A kisebb-nagyobb eltérések ellenére jól látható, hogy az RDA megközelítőleg az ekvivalencia-törvénnyel összhangban határozza meg az emberi szervezet fém szükségleteit.

Mind az emlősök tejében, mind az emberi anyatej összetételében egy - az újszülöttek tápanyag szükségleteit biztosító - genetikailag programozott gondoskodás nyilvánul meg. Egy szakirodalmi forrás (Porter [3]) átlagos adataiból számolva Angliában az emberi anyatejben literenként 21,87 mekv az alkálifémek és 19,99 mekv a többértékű fémek összege, ebből EQ = 1,094. A tehenek tejében (amelynek fémtartalma kb. háromszorosa az emberi anyatejének) ugyanezen forrás szerint literenként 60,11 mekv alkálifém összeghez 69,8 mekv többértékű fém tartozik, így EQ = 0,861. Egy másik szakirodalmi forrás (Butte [2]) alapján az USA-ban 45 egészséges, szoptató anya tejének négy hónapon keresztül tartó analitikai vizsgálatának átlagos adataiból az első, második, harmadik és negyedik hónapban sorrendben EQ = 1,0383, 0,9198, 0,9175 és 0,8783 értékek számíthatók ki. A teljes négy hónap átlagos fémtartalmai (mg/kg-ban megadva) a következők voltak: 112 Na, 443 K, 294 Ca, 30 Mg, 1,5 Zn, 0,197 Fe és 0,308 Cu. Ezek alapján az alkálifémek átlagának összege; S M+ = 16,2022 mekv/kg, a többértékű fémek átlagának összege; S Mz+ = 17,2044 mekv/kg, ezek hányadosa; EQ = 0,9417. Az emberi szervezet fém szükségletére vonatkozólag olyan (hazai) szakirodalmi ajánlás is található, amely jelentősen eltér az ekvivalencia-törvénytől és az RDA-tól is. A Tápanyagtáblázat [4] című könyv 12. kiadásának 47. oldalán megadottak alapján pl. a 19-30 év közötti férfiak napi fém szükségletei mg-ban a következők: 2000 Na, 3500 K, 800 Ca, 350 Mg, 12 Fe, 10 Zn, 4 Mn, 1,4 Cu, 0,12 Cr. Ezekből, az előbbiek szerint számolva S M+ = 176,5 mekv, S Mz+ = 69,84 mekv és EQ = 2,527! Ez éppenséggel nem bizonyítja, de szerintem kérdésessé sem teszi az emberi szervezet fémháztartására vonatkozó ekvivalencia-törvény létezését és érvényességét. Erre inkább azt kellene mondani, hogy a kivétel erősíti a szabályt, vagy felkelti az érdeklődésünket és gondolkodásra, kutatásra ösztönöz. Például azért, mert a Tápanyagtáblázatban található, és valószínűleg hazai adatok alapján az anyatejben az alkálifémek összege; S M+ = 24,428 mekv/kg, a többértékű fémeké pedig; S Mz+ = 15,072 mekv/kg és ezek alapján EQ = 1,6208. De közismert, hogy táplálkozási szokásainkat tekintve hazánk nem tartozik az egészségesen táplálkozó országok élvonalába, és túlságosan kedveljük a sós ételeket. Ugyanott található adatok alapján a kecskék tejében S M+ = 47,586 mekv/kg, S Mz+ = 75,884 mekv/kg és EQ = 0,6271, a tehéntejben pedig S M+ = 57,427 mekv/kg, S Mz+ = 74,094 mekv/kg és EQ = 0,7751. Nem biztos, hogy nálunk az anyatej fémtartalmában valóban annyira rosszul érvényesül az ekvivalencia-törvény, ugyanis az EQ = 1,6208 értéket adó összetételi adatokat a szerzők gyakorlatilag változatlanul vették át a Tápanyagtáblázat 1981-es, 10. kiadásából, így azok meglehetősen régi méréseken alapulnak. Újabb, és bizonyára megbízhatóbb adatokat találunk az anyatej fémtartalmára Parr [5] és munkatársai cikkében, amelyben a WHO és az IAEA (Nemzetközi Atomenergia Ügynökség) együttműködésével végzett - hat országra, köztük Magyarországra is kiterjedő - vizsgálat eredményeit olvashatjuk. A következő két táblázatban e munkából átvett átlagos koncentráció értékeket (mg/l), azok mekv/l-re átszámolt értékeit, valamint S M+, S Mz+ és az azokból kiszámított EQ értékeket adtam meg. Megjegyzem, hogy cikkükben egy tejpor (jele: A-11) és egy emberi anyatejből készült tejpor (jele: HM-1) referenciaanyag összetételét is megadják. Az A-11-ben az IAEA által megadott adatok alapján S M+ = 632,1777 mekv/kg, S Mz+ = 735,6414 mekv/kg ebből EQ = 0,8594, a vizsgálatban résztvevő laboratóriumok mérési eredményei alapján pedig S M+ = 628,4893 mekv/kg, S Mz+ = 747,8995 mekv/kg és EQ = 0,8403, míg a HM-1-ben S M+ = 133,9694 mekv/kg, S Mz+ = 135,9411 mekv/kg és EQ = 0,9855.

  Magyarország Guatemala Nigéria
Fém mg/l mekv/l mg/l mekv/l mg/l mekv/l
Na 105 4.567203 106 4.610700 87 3.784254
K 554 14.169522 487 12.455880 410 10.486469
S M+ [mekv/l] 18.736725 17.06658 14.270723
Mg (2+) 32.6 2.682576 34.1 2.806007 29 2.386340
Ca (2+) 285 14.222266 303 15.120514 226 11.278007
Fe (2.5+) 0.365 0.016340 0.346 0.015489 0.523 0.023413
Zn (2+) 1.2 0.036703 2.61 0.079829 1.68 0.051384
Mn (3+) 0.004 0.000218 0.00379 0.000207 0.01584 0.000865
Cu (2+) 0.203 0.006389 0.263 0.008277 0.278 0.008750
Ni (2+) 0.0144 0.000491 0.0129 0.000440 0.0122 0.000416
Co (2.5+) 0.00015 0.000006 0.00024 0.000010 0.00064 0.000027
Cr (3+) 0.00078 0.000045 0.00117 0.000068 0.00435 0.000251
Hg (2+) 0.00143 0.000014 0.00156 0.000016 0.00215 0.000021
Pb (2+) 0.0149 0.000144 0.0029 0.000028 0.0049 0.000047
S Mz+ [mekv/l] 16.965192 18.030885 13.749521
EQ = S M+ / S Mz+ 1.1044 0.9465 1.0379

 

  Fülöp-szigetek Svédország Zaire
Fém mg/l mekv/l mg/l mekv/l mg/l mekv/l
Na 128 5.567638 88 3.827751 120 5.219661
K 469 11.995498 548 14.016062 511 13.069722
S M+ [mekv/l] 17.563136 17.843813 18.289383
Mg (2+) 29.7 2.443942 34.2 2.814236 37.8 3.110471
Ca (2+) 270 13.473726 235 11.727132 274 13.673336
Fe (2.5+) 0.72 0.032232 0.446 0.019966 0.556 0.024890
Zn (2+) 1.98 0.060560 0.7 0.021410 1.92 0.058725
Mn (3+) 0.03955 0.002160 0.00323 0.000176 0.01121 0.000612
Cu (2+) 0.31 0.009757 0.186 0.005854 0.201 0.006326
Ni (2+) 0.0161 0.000549 0.011 0.000375 0.0049 0.000167
Co (2.5+) 0.0014 0.000059 0.00027 0.000011 0.00036 0.000015
Cr (3+) 0.00346 0.000200 0.00148 0.000085 0.00107 0.000062
Hg (2+) 0.00171 0.000017 0.00334 0.000033 0.00266 0.000027
Pb (2+) 0.0166 0.000160 0.0168 0.000162 0.005 0.000048
S Mz+ [mekv/l] 16.023362 14.58944 16.874679
EQ = S M+ / S Mz+ 1.0961 1.2231 1.0856

Ezek szerint, nálunk az anyatej fémtartalmában az EQ = 2,527-es beviteli ajánlás ellenére meglepően jól érvényesül az ekvivalencia-törvény. A legnagyobb relatív eltérés a svédeknél adódott, de az is alig több, mint 20 %. Egy Amerikában elvégzett vizsgálatról számoltak be Fly [6] és munkatársai 1998-ban. Intenzív tornagyakorlatok (aerobik) előtt és után vizsgálták az anyatej főbb ásványi összetevőinek mennyiségét. A cikkükben közölt adatok alapján a tornagyakorlatok előtt S M+ = 16,79 mekv/l, S Mz+ = 18,58 mekv/l és EQ = 0,9037 volt, a tornagyakorlatok után pedig S M+ = 16,15 mekv/l, S Mz+ = 18,98 mekv/l és EQ = 0,8509 volt. Bár a többértékű fémek közül csak a magnézium és a kalcium koncentrációját mérték, de a többi többértékű fém kihagyása az egyenértékek összegéből alig van hatással EQ értékére, hiszen a Ca és Mg egyenértékei több mint 99 %-át teszik ki a S Mz+ összegnek. Mérési adataik statisztikai értékelése alapján nem tapasztaltak szignifikáns változást, bár az alkálifémek koncentrációjának összege kissé csökkent, míg a Ca és Mg összege növekedett, és így valamelyest csökkent az ekvivalencia-hányados értéke. A következő táblázatban a források megadásával összefoglaltam mindazokat az anyatejre kapott EQ értékeket, amelyeket az eddig talált szakirodalmi adatokból kiszámítottam (kihagyva a bizonytalannak tekinthető 1,6208-as régi, hazai adatot).

EQ (ekvivalencia-hányados) Ország Adatok forrása
1.094 Anglia Porter, 1978
1.0383
0.9198
0.9175
0.8783
0.9417
USA Butte és munkatársai
1987
0.9465
1.1044
1.0379
1.0961
1.2231
1.0856
0.9855
Guatemala
Magyarország
Nigéria
Fülöp-szigetek
Svédország
Zaire
HM-1 referenciaanyag
Parr és munkatársai
1991
0.9037
0.8509
USA Fly és munkatársai
1998

Ha kiszámítjuk ezeknek az EQ értékeknek az átlagát (15,0233/15), akkor az anyatej átlagos fémtartalmában az ekvivalencia-törvény érvényességének és érvényesülésének bámulatos pontosságú bizonyítékát kapjuk, ugyanis a fenti 15 darab EQ érték átlaga 1,00155. Kevesebb, mint két ezrelékkel tér el a törvény által elméletileg "előírt" EQ = 1-től.

És ezeket az arányokat, amelyek vitathatatlanul bizonyítják az ekvivalencia-törvény létezését, egy bonyolult szabályozórendszer programjaként az evolúció, Richard Dawkinst idézve "a vak órásmester" írta be genetikai kódunkba. Kétségtelen, hogy az anyatej optimális, és hosszabb-rövidebb ideig kizárólagos tápláléka az újszülötteknek. Még a tudomány mai szintjén sem lehet olyan mesterséges tápszert előállítani, amely minden tekintetben, tökéletesen helyettesíteni tudná. Így az emlős állatok és az ember genetikai kódja (sok más mellett) egyben "a tejgyártás GMP technológiai előirata" is.

A növényi magvak összetételében is egy genetikailag programozott gondoskodás nyilvánul meg. Az örökítő anyaghoz mellékelni kell a csírázó növényke számára létfontosságú tápanyagokat és azok között a makro- és mikroelemeket is. Saját méréseim alapján [8] néhány gabonaféle magjának fémtartalma meglepően jól "követi az ekvivalencia-törvény előírásait". Az árpa, búza és a rozs magjaiban 0,814 és 0,995 közötti EQ értékeket találtam, viszont egy zab mintában csak 0,63 körüli EQ adódott. Hasonló eredményeket kaphatunk a már említett Tápanyagtáblázat című könyvből még növényi levelek összetételére is. A spenót fémtartalmából (mg/kg-ban megadva: 240 Na, 5260 K, 1330 Ca, 530 Mg, 29 Fe, 3,62 Zn, 6,2 Mn, 1,56 Cu, 0,3 Cr, 0,2 Co) EQ = 1,297, a sóskáéból (szintén mg/kg-ban megadva: 260 Na, 3400 K, 1130 Ca, 600 Mg, 16 Fe, 3,1 Zn, 1,69 Cu, 0,7 Mn, 0,51 Ni) EQ = 0,921 számítható ki. De egy mészköves területen álló hársfa fiatal, májusi leveleiben igen magas kalciumtartalom mellett, mg/kg-ban megadva, szárazanyag-tartalomra vonatkoztatva a következő fémtartalmakat mértem: 32,4 Na, 12218 K, 18751 Ca, 5283 Mg, 89,5 Fe, 23 Mn, 16,8 Zn és 7 Cu. Így S M+ = 313,91 mekv/kg, S Mz+ = 1376,46 mekv/kg és EQ = 0,228, ami meglehetősen eltér az ekvivalencia-törvénytől. De önmagában ennek alapján még nem következtethetünk arra, hogy a Hárs fémháztartásában nem lenne érvényes az ekvivalencia-törvény, ugyanis a kalciumban gazdag, meszes talajok nem tartoznak természetes elterjedési területeik közé, ezért az igen nagy eltérés legfőbb oka valószínűleg a meszes talaj. A Tápanyagtáblázatban található adatok alapján a mákszemek fémtartalma is jelentősen eltér az ekvivalencia-törvénytől. Az alkálifémek összege 289,80 mekv/kg, a többértékű fémek összege pedig 906,15 mekv/kg, így az ekvivalencia-hányadosra 0,3198-at kapunk. Ez esetben, és még sok más, biológiai eredetű minta fémtartalma alapján számított EQ érték esetében is célszerű tartózkodni az elhamarkodott következtetésektől, hiszen egy aprócska mákszem összes tömegéből jelentős hányadot képvisel a mag burka, a fémtartalmával együtt. Az ekvivalencia-törvény szempontjából a növényi magvaknak csak az a fémtartalma vehető figyelembe, amelyet majd az éppen csírázó növényke ténylegesen használni fog akkor, amikor még gyakorlatilag csak a sziklevelekben elraktározott tápanyagokból gazdálkodhat.

Már utaltam rá, és hangsúlyozni kívánom, hogy ez a törvény valójában nem a különböző, biológiai eredetű minták összetételére (fémtartalmára) vonatkozik, noha sok esetben azokban is szükségszerűen érvényesül. Ez a törvény azt jelenti, hogy az élőlények az alkálifémeket a többértékű fémekkel ekvivalens mennyiségben igénylik, mert ekvivalens mennyiségben használják azokat. Persze, különböző okokból eredően jelentős mértékű eltérések, esetleg kivételek is lehetnek. Az evolúcióban a véletlen mutációkat megrostáló természetes szelekció és az ember általi szelekció sem mindig és nem is feltétlenül találja el a lehető legjobb megoldásokat, valamint minden élőlény csak abból és azzal gazdálkodhat, amihez hozzájut.

Mi lehet az ekvivalencia-törvény oka?

Egységesen fehérjealapú élet fejlődött ki bolygónkon, és az öröklődő információ egyazon nyelven íródott. Tulajdonképpen minden földi élőlény genetikailag rokona az összes többinek. A fehérjék és más makromolekulák fizikai és kémiai tulajdonságai - az élő szervezetek vizes elektrolitjaiban - viszonylag szűk koncentrációtartományokban (amelyek fenntartását egyszerűbb vagy összetett, bonyolult szabályozórendszerek biztosítják) teszik lehetővé az életfolyamatok lejátszódását. A szervezetben való tartózkodásuk során a fémek pozitív töltésű ionok formájában gyakran vesznek részt ioncsere folyamatokban. Például egy transzportfehérje negatív töltésű kötőhelyéről disszociálnak és hozzákapcsolódnak egy enzim vagy raktározófehérje negatív töltésű kötőhelyéhez. Az ioncsere folyamatok megfordíthatók, és lejátszódásukhoz egy egyszerű kémiai sztöchiometriai szabály értelmében azonos töltésű és ekvivalens mennyiségű ellenionok szükségesek. Egy kationcsere folyamatot pl. a következő egyenlettel írhatunk le:

LK2 + Mg2+ <--> LMg + 2 K+

Az alkálifémek (elsősorban a nátrium és a kálium) pozitív töltésű ionokként, könnyen mobilizálható módon, összesen kb. 0,1 mol/liter koncentrációban vannak jelen az élő szervezetek vizes elektrolitjaiban, és egyik fő feladatuk a makromolekulák töltésének semlegesítése. Ezért vitathatatlanul alkalmasak az ellenion-funkció betöltésére.

Vannak-e más lehetőségek? A különböző többértékű fémek a fehérjékkel és más makromolekulákkal, valamint számos egyszerű szerves és szervetlen savval is viszonylag rosszul disszociáló, esetenként rosszul oldódó vegyületeket (komplexeket) képeznek. Ezért - kellő mennyiségben mindenütt jelenlévő és könnyen mobilizálható - szabad ionokként csak kis koncentrációban vannak jelen az élő szervezetek elektrolitjaiban. Tehát nem alkalmasak az egymást helyettesítő ellenionok szerepének betöltésére. Alkalmatlanságukat növeli még az a tény is, hogy - néhány kivételtől eltekintve - a többértékű fémek a fehérjék specifikus kötőhelyein nem is képesek egymás helyébe lépni.

Vizes közegekben kézenfekvőnek tűnik a hidrogénionok (pontosabban H3O+ ionok) szerepe. De az élő szervezetekben közel semleges pH uralkodik, így a hidrogénionok koncentrációja 10-7 mol/liter közelében van. Ez elenyészően alacsony koncentráció az alkálifémek koncentrációjához viszonyítva, ezért a hidrogénionok sem alkalmasak az ellenionok szerepére.

Az élő szervezetekben lejátszódó néhány biokémiai reakcióban ammóniumionok (NH4+) is keletkeznek, és a növények szervezetébe a talajból ammóniumsók formájában is bejutnak, de koncentrációjuk túlságosan alacsony. Ezért az ammóniumionokat is kiejthetjük ebből a szereposztásból.

Egyéb - számottevő mennyiségben előforduló - lehetséges kationok hiányában, vagyis kizárásos alapon nyilvánvaló, hogy uralkodó jelleggel csak az alkálifémek ionjai lehetnek az ellenionok a többértékű fémekkel lejátszódó kationcsere folyamatokban. Megemlítem, hogy sajnos az élő szervezetekbe időnként bejutnak szükségtelen, sőt toxikus fémek pl. alumínium, kadmium, ólom stb. is. Bár mennyiségük általában csekély, de ezek a fémek is részt vesznek ioncsere folyamatokban, amelyekhez szintén szükségesek az ellenionok.

Ezek alapján nyilvánvaló, hogy a többértékű fémekkel lejátszódó ioncsere folyamatokhoz ellenionokra van szükség, és erre a funkcióra gyakorlatilag csak az alkálifémek alkalmasak. De az a kérdés még tisztázatlan, hogy honnan ered ez a szimmetria? Tehát miért lett kitüntetett az élőlények fémháztartásában az alkálifémek és a többértékű fémek használatára az 1:1 arány, vagyis az ekvivalencia? Lehetne ez valami más, tetszőleges arány? Jó kérdés - itt van a kutya eltemetve. Azzal, ahogyan a természet az élő szervezetekben előforduló és különbőző, létfontosságú funkciókat betöltő fémeket gyakorlatilag e két csoportba sorolta (nevezetesen az ellenionok és a többi fémion), máris kedvezményezetté tette közöttük az 1:1 arányt, hiszen egyszeű kémiai okból ez szükséges feltétele az ioncsere folyamatoknak. Minden más, ettől eltérő arány az egyik csoport feleslegét jelentené, amelynek "kezelése" többlet energiát igényelne, és ezért gazdaságtalan lenne az élő szervezetek számára. Elődi Pál Biokémia [7] című könyvéből (3. kiadás, 20. o.) idéznék néhány - az élőlények közös sajátságaira vonatkozó mondatot, amelyet a szerző is idézett A. L. Lehningertől: "Önrendező, önszabályozó, önreprodukáló, izoterm, molekuláris rendszer, amely környezetével anyag- és energiakicserélődésben áll. Önmaga termelte szerves katalizátorok segítségével nagyszámú, egymással kapcsolatban levő (konszekutív) átalakulási folyamatot valósít meg, melyek mind a folyamatok, mind az anyagok felhasználásának maximális gazdaságosságát biztosítják. A pontos önreprodukciót lineáris felépítésű molekuláris kód teszi lehetővé." A minden élőlény működésére jellemző maximális gazdaságosság nem engedi meg a felesleges anyagáramokat, külön-külön tekintve még az egyes komponenseket, és azok között a (lecserélendő) fémionokat és az ellenionokat is.

Megvizsgálhatjuk a gazdaságosságot (egy másik nézőpontból) részletesebben is. Említettem már, hogy az ioncsere folyamatok megfordíthatók. Az élő szervezetekben igen gyakran, tulajdonképpen állandóan szükség is van az oda-vissza irányú lejátszódásukra. Mint sok más megfordítható, egyensúlyi reakcióra, úgy az élő szervezetek vizes elektrolitjaiban lejátszódó ioncsere folyamatokra is érvényes a tömeghatás törvénye. Ennek értelmében a folyamat lejátszódásának irányát például az ellenionok koncentrációjának (avagy mennyiségének) változtatásával lehet befolyásolni. Az ekvivalenciapont, vagyis az egyenlőség az a holtpont, ahonnan a lehető legkisebb anyag- és energiaráfordítással mindkét irányba, tehát a szervezet számára éppen ott és éppen akkor, az éppen szükséges irányba elmozdítható az ioncsere folyamat lejátszódása. Az evolúció során számos élőlény fémháztartásában kialakulhattak volna más arányok is, de minél nagyobb az 1:1 aránytól való eltérés (bármelyik irányban), annál nagyobb koncentrációváltoztatás szükséges egy-egy ioncsere folyamat irányának megfordításához. Így az élő szervezetnek állandóan, jelentős (oda-vissza) koncentrációváltozásokat kellene produkálnia. Ez igen gazdaságtalan lenne, mert a koncentrációk nagyobb mértékű ide-oda változtatása állandó, jelentős energiaráfordítást igényelne. Más szempontból pedig a nagyobb mértékű koncentrációváltozások például az érzékeny fehérjemolekulák károsodását (reverzibilis vagy irreverzibilis denaturálódását), és ezzel az élőlény pusztulását is okozhatják. Ezért, de egyébként is minden élőlény rendelkezik olyan szabályozórendszerrel, amely meghatározott tartományban, közel állandó összetételű közeget biztosít a sejteken belüli és soksejtűeknél a sejteken kívüli elektrolitjaiban is. Az evolúció során, a természetes szelekcióban mindig is ható tényező volt (és most is ható tényező) az élőlény anyag- és energiaátalakító folyamatainak gazdaságossága. Ha az egy mutáció következtében javult, akkor növelte a túlélés, a szaporodás és a mutáns gén öröklődésének valószínűségét (feltéve, hogy az a mutáció valamilyen más szempontból nem volt az előbbit felülmúló, ellentétes hatású). Ellenkező esetben pedig csökkent a hibás vagy kedvezőtlen hatású gén öröklődésének valószínűsége. Látható, hogy minden földi élőlény fémháztartására vonatkozólag tulajdonképpen kényszerítő erővel adódik az alkálifémek és a többértékű fémek használatában az ekvivalencia, tehát az 1:1 arány.

De - ahogy már utaltam rá - nem lehet minden tökéletes. Az ember környezetváltoztató (gyakran környezetszennyező és pusztító) tevékenysége miatt, de anélkül is változnak és folytonos alkalmazkodásra kényszerülnek az élőlények. Egy növény- vagy állatpopulációban meghatározható az ekvivalencia-hányados átlagos értéke, és az egyfajta mérőszáma lehet a rendelkezésre álló tápanyagokhoz, illetve táplálékokhoz való genetikai alkalmazkodás fokának, legalábbis a fémháztartást szabályozó rendszerek működése szempontjából.

Mi haszna lehet az ekvivalencia-törvénynek?

Forgalomban van néhány olyan, kalciumot és/vagy magnéziumot, esetleg más többértékű fémet is tartalmazó gyógyszer és gyógytermék, amely alkáliféme(ke)t nem tartalmaz. Például egy - néhány más komponens mellett - főleg kalciumot és magnéziumot tartalmazó gyógytermék (tablettánként 200 mg Ca és 100 mg Mg stb.) maximális, napi 3-tablettás dózisa 55,15 mekv többértékű fémet visz be a szervezetbe, de alkáliféme(ke)t semennyit. Egy felnőtt ember napi, összesen kb. 90-90 mekv alkálifém és többértékű fém szükségletéhez viszonyítva ez a mennyiség nem tekinthető elhanyagolhatónak. Ezen és hasonló készítmények tartós szedése során, sószegény táplálkozás esetén a bevitt fémek (a tablettákkal + a táplálékokkal) két csoportjának mennyiségi aránya hosszú távon is jelentősen eltérhet az optimálistól. Talán kevesebb lenne egyes ilyen készítmények mellékhatása (vagy nem is lenne) és kisebb dózissal érhetnénk el ugyanakkora gyógyhatást, ha kb. ekvivalens mennyiségben alkáliféme(ke)t is tartalmaznának.

Egyre több olyan élelmiszert állítanak elő, amelynek természetes összetételét a gyártók hozzáadott anyagokkal (vitaminokkal, ásványi anyagokkal, makro- és mikroelemekkel stb.) megváltoztatják. Az egészségesebb táplálkozás érdekében egyes élelmiszereknél talán célszerű és bizonyára megoldható, hogy azok összetételét e törvénnyel összhangban és így az emberi szervezet szükségleteinek jobban megfelelő módon változtassák meg. Ennek kiemelt jelentősége lehet például a bébiételek gyártásában.

Az ekvivalencia-törvénynek akár diagnosztikai alkalmazása is lehet mind a humán, mind az állatgyógyászat területén.

Az ekvivalencia-törvénnyel kapcsolatos kutatási eredményeknek - kedvezőbb összetételű takarmányok kifejlesztésével - az állattenyésztésben is lehet gyakorlati haszna.

A növények szükségleteiről is pontosabb képet kaphatunk, és az esetleg szükséges talajjavítás (makro- és mikroelemek pótlása) révén nagyobb, jobb termésre számíthatunk. Egy új szempont, illetve paraméter lehet a vetőmagok minősítésében is.

Az e törvénnyel kapcsolatos kutatási eredményeknek a nemesítésben, új fajták létrehozásában is hasznos szerepe lehet. Különösen azért, mert génsebészeti beavatkozásokkal ma már szinte egyik napról a másikra lehet új növény- és állatfajtákat előállítani.

A biotechnológiában, a fermentációs eljárásokban különböző mikroorganizmusok segítségével állítanak elő például gyógyszer hatóanyagokat és sok más terméket. Elképzelhető, hogy ilyen területeken is lesznek hasznos kutatási eredmények.

Végezetül: Bizonyára sok millió éve létező, azonban csak nemrég felismert törvény az élőlények fémháztartásának ekvivalencia-törvénye, ezért még sok területen sok, tulajdonképpen (szinte) minden kérdés tisztázatlan, vagy felülvizsgálatra szorul. Például az RDA és a Tápanyagtáblázat ajánlásai, valamint az anyatej fémtartalma alapján számított EQ értékeket összevetve úgy tűnik, hogy a célzás pontossága lehetne jobb is. Nem rossz az RDA, de a 2000 mg káliummal számított EQ = 0,811 és a 3500 mg-al számított 1,2383 meglehetősen eltér az anyatej EQ adatainak átlagára kapott, 1-hez bámulatosan közeli értéktől. A Tápanyagtáblázat ajánlásai alapján adódó EQ = 2,527 pedig indokolatlanul nagy eltérésnek látszik. Jogos a kérdés: Melyik a jobb? Lehet, hogy rosszul etetnek, "elsóznak" minket? Az amerikaiaknak elég napi 500 mg nátrium, nekünk magyaroknak pedig napi 2000 mg nátriumra lenne szükségünk? Ma már közismert, hogy a túlzott sófogyasztás a magas vérnyomás kialakulását okozza. A magas vérnyomás pedig rizikófaktora - egyebek közt pl. a szív- és érrendszeri betegségeknek. Talán nem elfogultság, ha szavaznom kellene, akkor én a tejre és azzal az ekvivalencia-törvényre szavaznék. A tudományos kutatások eredményeként már sokféle élőlény (mikroorganizmusok, növények és állatok) tápanyag és azon belül fém szükséglete ismert, de elképzelhető, hogy azok találati pontossága is a fentiekhez hasonló. Az ekvivalencia-törvénnyel kapcsolatos kutatások segítségével biztosan növelhetjük az élőlények és önmagunk fém szükségleteire vonatkozó ismereteink pontosságát. És a pontosabb ismeretek birtokában a gyakorlati alkalmazások sok területén számíthatunk gazdasági hasznot hozó eredményekre is.

Legvégül; hálás köszönetet mondok Kröel Dulay Nóra gyógyszerésznek - régi kedves munkatársnőmnek. A segítsége és munkája nélkül valószínűleg nem én, hanem valamikor, valaki más ismerte volna fel ezt a törvényt.

Irodalom:

[1] Recommended Dietary Allowances (RDA) 10th ed., National Academy Press, NW, Washington DC. 1989
[Nutrition Reviews 48 (1): 28-30. 1990]
Nat'l Academies Press, Recommended Dietary Allowances: (1989), Table of Contents

[2] Butte, N. F., Garza, C., O`Brian Smith, E., Wills, C., and Nichols, B. L.: Macro- and trace-mineral intakes of exclusively breast-fed infants. Am. J. Clin. Nutr. 45: 42-48. 1987 Butte et al-AmJClinNutr-45(1)42-48(1987)
AJCN-Abstracts: Butte et al. 45(1):42-48(1987) Entrez PubMed-AJCN-Abstr:Butte et al. 45(1):42-48(1987)

[3] Porter, J. W. G.: Milk as a source of lactose, vitamins and minerals. Proc. Nutr. Soc. 37: 225-230. 1978
Entrez PubMed-Porter-ProcNutrSoc-37(3)225-230(1978)

[4] Dr. Bíró György, Dr. Lindner Károly: Tápanyagtáblázat, Táplálkozástan és tápanyag-összetétel, 12. átdolgozott, bővített kiadás, Medicina Könyvkiadó Rt. Budapest 1995 Medicina Könyvkiadó - Tápanyagtáblázat

[5] Parr, R. M., DeMaeyer, E. M., Iyengar, V. G., Byrne, A. R., Kirkbright, G. F., Schöch, G., Niinistö, L., Pineda, O., Vis, H. L. Hofvander, Y. and Omololu, A.: Minor and Trace Elements in Human Milk from Guatemala, Hungary, Nigeria, Philippines, Sweden and Zaire - Results from a WHO/IAEA Joint Project. Biological Trace Element Research 29 (1): 51-75. Apr. 1991 Entrez PubMed-Parr et al-BiolTraceElemRes-29(1)51-75(1991)Abstr

[6] Fly, A. D., Uhlin, K. L., Wallace, J. P.: Major mineral concentrations in human milk do not change after maximal exercise testing. Am. J. Clin. Nutr. 68: 345-349. 1998 AJCN -- Abstracts: Fly et al. 68 (2): 345
http://www.ajcn.org/cgi/reprint/68/2/345.pdf

[7] Elődi Pál: Biokémia, 3. kiadás, Akadémiai Kiadó, Budapest 1983

[8] Sándor, Z.: Equivalency law in the metal requirement of the living organisms. Acta Alimentaria 27 (4): 389-395. 1998
http://akkrt.hu/9/journals/products/agricultural_sciences/acta_alimentaria_eng

Összefoglaló és kiegészítő irodalomjegyzék - Additional references

Back to Homepage: http://padre.uw.hu/index.html


Sajnos, Magyarországon még 2004-ben is aktuális vicc kívánkozik ide, mert szakembereink közel hat év múltán, még mindig mérgeznek minket egy lassan, de biztosan ölő méreggel - a sok nátrium-kloriddal.

A teheneknek vagy a hazai táplálkozástudományi szakembereknek nagyobb az IQ-ja?
- ???
- A teheneké nagyobb!
- Miért?
- Azért, mert a tehenek már régen megtanulták, hogy 1-es EQ-val táplálják újszülött borjaikat, az utóbbiak pedig még mindig 2,5-es EQ-val etetnek minket.

A (szőke) nőknek vagy a hazai táplálkozástudományi szakembereknek nagyobb az IQ-ja?
- ???
- A (szőke) nőké nagyobb!
- Miért?
- Azért, mert a (szőke) nők (is) már régen megtanulták, hogy 1-es EQ-val táplálják újszülött csecsemőiket, az utóbbiak pedig még mindig 2,5-es EQ-val etetnek minket.

Mottó: Ha őseink mindig, mindent úgy csináltak volna, ahogy szüleiktől, nagyszüleiktől látták, akkor az emberiség még a kőbaltánál sem tartana!


Különösen ajánlom cikkemet az orvosaink, valamint az Élet és Tudomány szerkesztőségében Barabás Zoltán úr, a főszerkesztő úr, meg a Természet Világa szerkesztőségében Németh Géza szerkesztő úr figyelmébe, és annak figyelmébe is, aki a háttérben mozgatta a szálakat (ők tudják, miért)!

De, ha az Egészségügy miniszterünk is elolvasná - talán tenne valamit, hogy ne egy elsózott országot vigyenek az Európai Unióba (bár nem csak mi vagyunk elsózottak). Már megtörtént - benn vagyunk - elsózva. Pedig a WHO honlapján 2004. májusban ezeket Sodium full information olvashattuk az emberi szervezet Na szükségletéről. (De már elég régen nincs ott, 2013. 10. 13.)



Free counters!