Elemento químico esencial
Hay una serie de elementos químicos que se consideran esenciales para la vida o para unos organismos determinados. Para que se considere a un elemento esencial, éste debe cumplir cuatro condiciones:
- La ingesta insuficiente del elemento provoca deficiencias funcionales, reversibles si el elemento vuelve a estar en las concentraciones adecuadas.
- Sin el elemento, el organismo no crece ni completa su ciclo vital.
- El elemento influye directamente en el organismo y está involucrado en sus procesos metabólicos.
- El mismo efecto en el organismo no puede ser conseguido por ningún otro elemento.
La mayoría son elementos ligeros y también se les suele denominar bioelementos. Generalmente se clasifican según su abundancia en elementos mayoritarios, traza y ultratraza (o microtraza). Los elementos traza y ultratraza se denominan oligoelementos.
En la siguiente lista se muestran los bioelementos presentes en el ser humano ordenados por orden de abundancia.
- Mayoritarios: oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, calcio, fósforo, azufre, potasio, sodio, cloro y magnesio.
- Traza: hierro, zinc, silicio, cobre, flúor y bromo.
- Ultratraza: yodo, manganeso, vanadio, silicio, arsénico, boro, níquel, cromo, molibdeno y cobalto.
Hay otros elementos sin una esencialidad clara, por ejemplo litio, cadmio y estaño.
No todos los seres vivos tienen los mismos elementos esenciales, por ejemplo el wolframio es un elemento químico esencial para otros seres vivos. En la siguiente tabla periódica se resaltan los elementos esenciales reconocidos, así como algunos que podrían serlo.
| H | He | ||||||||||||||||
| Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||
| Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe |
| Cs | Ba | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
| Fr | Ra | Ac | |||||||||||||||
| Elemento mayoritario |
Elemento traza |
Esencialidad discutida |
Causas de la esencialidad
Hay elementos que están presentes en un organismo, pero no son esenciales. En el caso de que se quiera comprobar si la deficiencia de un elemento puede afectar a un organismo el estudio es complicado por las pequeñas concentraciones que se manejan: es posible que el elemento llegue de forma inadvertida al organismo o puede suceder que el organismo sea capaz de aguantar con las reservas que tiene y no observarse deficiencia hasta pasadas varias generaciones.
Normalmente la esencialidad se demuestra cuando se descubre una función biológica para algún compuesto del elemento.
Se cree que estos elementos químicos se han convertido en esenciales debido a su abundancia y asequibilidad. Así, existe una buena relación entre la esencialidad de un elemento y su abundancia en la corteza terrestre o en el agua de mar.
En los casos en los que un elemento es abundante pero no esencial, se explica teniendo en cuenta que es difícil disponer de él. Por ejemplo, el aluminio es un elemento muy abundante en la corteza terrestre y no es un elemento esencial, seguramente debido a que forma compuestos muy insolubles en agua y los organismos no lo pueden captar fácilmente.
También las condiciones han cambiado desde los inicios de la vida y los organismos han podido ir adaptándose a los cambios producidos. Por ejemplo, el hierro ahora es poco asequible, pues principalmente está como Fe+3 que forma compuestos poco solubles y los organismos tienen que formar complejos solubles para captarlo. Sin embargo, cuando la atmósfera era menos oxidante se encontraba principalmente como Fe+2, el cual sí forma compuestos más solubles.
Relación dosis-respuesta
Representación cualitativa de la respuesta de un organismo frente a
la dosis de un elemento químico esencial
Cualquier elemento, sea esencial o no, puede ser tóxico a partir de unas determinadas concentraciones. Para cada elemento esencial existe un rango de concentraciones considerado óptimo para un organismo. En este rango se alcanza una concentración con la que se pueden desarrollar correctamente las funciones que dependen de ese elemento, pero no es excesivamente alta como para que produzca efectos tóxicos.
Por debajo de este rango se produce la deficiencia en ese elemento, lo que conlleva la aparición de efectos patológicos o incluso la muerte del organismo.
Por encima del rango óptimo también aparecen efectos patológicos o muerte del organismo derivados de la toxicidad del elemento.
En un organismo los niveles óptimos de un elemento se mantienen mediante "mecanismos homeostáticos". De esta forma se controla la absorción, almacenamiento y excrección de los elementos. Sin embargo, se puede producir déficit o exceso debido a la dieta, a problemas en los mecanismos de absorción, etc.