Дополнительный материал по химии на тему: «ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА»

Дополнительный материал по химии на тему:  «ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА» Все   живые   организмы   на   Земле,   в   том   числе   и   человек,   находятся   в тесном контакте с окружающей средой. Пищевые продукты и питьевая вода способствуют   поступлению   в   организм   практически   всех   химических элементов.   Они   повседневно   вводятся   в   организм   и   выводятся   из   него. Анализы   показали,   что   количество   отдельных   химических   элементов   и   их соотношение в здоровом организме различных людей примерно одинаковы. Мнение о том, что в организме человека можно обнаружить практически все   элементы   периодической   системы   Д.   И.   Менделеева,   становится привычным.   Предположения   ученых   идут   дальше:   в   живом   организме   не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определенную биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не   подтвердится.   Однако   по   мере   развития   исследований   в   данном направлении выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов.  Биологическая активность  отдельных химических элементов Экспериментально   установлено,   что   в   организме   человека   металлы составляют   около   3   %   (по   массе).   Это   очень   много.   Если   принять   массу человека за 70 кг, то на долю металлов приходится 2,1 кг. По отдельным металлам масса распределяется следующим образом: кальций (1700 г), калий (250   г),   натрий   (70   г),   магний   (42 г),   железо   (5   г),   цинк   (3   г).   Остальное приходится   на   микроэлементы.   Если   концентрация   элемента   в   организме превышает   10­2  %,   то   его   считают   макроэлементом.   Микроэлементы содержатся   в   организме   в   концентрациях   10­3–10­5  %.   Если   концентрация элемента ниже 10­5 %, то его считают ультрамикроэлементом. Неорганические вещества в живом организме находятся в различных формах. Большинство ионов   металлов   образуют   соединения   с   биологическими   объектами.   Уже сегодня   установлено,   что   многие   ферменты   (биологические   катализаторы) содержат ионы металлов. Например, марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо – в 70 (в том числе в гемоглобин крови), медь – в 30, а цинк – более чем в 100. Естественно, что недостаток этих элементов должен сказаться   на   содержании   соответствующих   ферментов,   а   значит,   и   на нормальном   функционировании   организма.   Таким   образом,   соли   металлов совершенно   необходимы   для   нормального   функционирования   живых организмов.   Это   подтвердили   и   опыты   по   бессолевой   диете,   которая применялась   для   кормления   подопытных   животных.   Для   этой   цели многократным   промыванием   водой   из   пищи   удаляли   соли.   Оказалось,   что питание такой пищей приводило к гибели животных.Рассмотрим   имеющуюся   на   сегодня   информацию   о   химических элементах, которые входят в биологические системы или оказывают на них определенное влияние.  Прежде всего нужно указать на шесть элементов, атомы которых входят в  состав  белков   и   нуклеиновых   кислот:   углерод,  водород,  азот,  кислород, фосфор, сера. Далее следует выделить двенадцать элементов, роль и значение которых   для   жизнедеятельности   организмов   известны:   хлор,   йод,   натрий, калий, магний, кальций, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, молибден. В литературе   имеются   указания   на   проявление   биологической   активности ванадием, хромом, никелем и кадмием. Таким образом, уже сейчас известно 22  биоэлемента. Во всех перечисленных случаях биологическая активность понимается   как   необходимость   элемента   для   выполнения   той   или   иной жизненно важной функции.  Имеется   большое   число   элементов,   являющихся   ядами   для   живого организма,   например   ртуть,   таллий,   свинец   и   др.   Существует   мнение,   что причина действия этих ядов связана с блокированием определенных групп в молекулах протеинов или же с вытеснением из некоторых ферментов меди и цинка.   И   наконец,   бывают   элементы,   которые   в   относительно   больших количествах являются ядом, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние   на   организм.   Например,   мышьяк   является   сильным   ядом, нарушающим сердечно­сосудистую систему и поражающим печень и почки, но в   небольших   дозах   он   прописывается   врачами   для   улучшения   аппетита человека. Ученые считают, что микродозы мышьяка повышают устойчивость организма   к   действию   вредных   микробов.   Широко   известно   сильное отравляющее вещество иприт. Однако при разбавлении его в 20 000 тысяч раз вазелином это же вещество под названием «Псориазин» применяют против чешуйчатого   лишая.   Современная   фармакотерапия   пока   еще   не   может обойтись без значительного числа лекарственных средств, в состав которых входят   токсичные   металлы.   Как   здесь   не   вспомнить   поговорку   «В   малых количествах лечит, а в больших – калечит». Интересно,   что   хлорид   натрия   (обыкновенная   поваренная   соль)   в десятикратном   по   сравнению   с   нормальным   содержанием   в   организме является  ядом. Кислород, необходимый   человеку   для  дыхания, в  высокой концентрации   и  особенно  под   давлением   оказывает   ядовитое   действие.  Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме иногда имеет весьма существенное, а порой и катастрофическое значение. Железо входит в состав гемоглобина крови, а точнее в красные пигменты крови, обратимо связывающие молекулярный кислород. У взрослого человека в   крови   содержится   около   2,6   г   железа.   В   процессе   жизнедеятельности   в организме   происходит   постоянный   распад   и   синтез   гемоглобина.   Для восстановления   железа,   потерянного   с   распадом   гемоглобина,   человеку необходимо суточное поступление в организм этого элемента около 25 мг. Недостаток железа в организме приводит к анемии. Однако избыток железа ворганизме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких – заболевание, вызываемое отложением соединений железа в тканях этих органов.  Недостаток   в   организме   меди   вызывает   деструкцию   кровеносных сосудов.   Кроме   того,   считают,   что   ее   дефицит   служит   причиной   раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение раком легких у людей пожилого возраста   врачи   связывают   с   возрастным   снижением   содержания   меди   в организме. С другой стороны, избыток меди приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Для человека вредны лишь большие   количества   соединений   меди.  В  малых   дозах   они   используются   в медицине   как   вяжущее   и   бактериостазное   (задерживающее   рост   и размножение   бактерий)   средство.   Так,  например,  сульфат   меди  (II)  CuSO4 используют при лечении конъюнктивитов в виде глазных капель (0,25 %­ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди (II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи   фосфором   проводят   ее   обильное   смачивание   5   %­ным   раствором сульфата меди (II). Давно замечено бактерицидное (вызывающее гибель различных бактерий) свойство серебра и его солей. Например, в медицине раствор коллоидного серебра   (колларгол)   применяют   для   промывания   гнойных   ран,   мочевого пузыря при хронических циститах и уретритах, а также в виде глазных капель при   гнойных   конъюнктивитах   и   бленнорее.   Нитрат   серебра   AgNO3  в   виде карандашей   применяют   для   прижигания   бородавок,   грануляций   и   т.   п.   В разбавленных   растворах   (0,1–0,25   %­ных)   его   используют   как   вяжущее   и противомикробное средство для примочек, а также в качестве глазных капель. Ученые считают, что прижигающее действие нитрата серебра связано с его взаимодействием с белками тканей, что приводит к образованию белковых солей серебра – альбуминатов. В настоящее время бесспорно установлено, что всем живым организмам присуще   явление  ионной   асимметрии  –   неравномерное   распределение ионов внутри  и  вне  клетки.  Например, внутри  клеток  мышечных  волокон, сердца,   печени,   почек   имеется   повышенное   содержание   ионов   калия   по сравнению с внеклеточным. Концентрация ионов натрия, наоборот, выше вне клетки, чем внутри нее. Наличие градиента (разницы) концентраций калия и натрия – экспериментально установленный факт. На нем основано действие так называемого калий­натриевого клеточного насоса. Интересно, что по мере старения организма градиент концентраций ионов калия и натрия на границе клетки падает. При наступлении смерти концентрация калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравнивается. Биологическая функция ионов лития и рубидия в здоровом организме пока не ясна. Однако имеются сведения, что введением их в организм удается лечить одну из форм маниакально­депрессивного психоза.Биологам и медикам хорошо известно, что важную роль в организме человека играют   гликозиды.   Некоторые   природные   гликозиды   (извлекаемые   из растений)   активно   действуют   на   сердечную   мышцу,   усиливая   ее сократительные функции и замедляя тем самым ритм сердечных сокращений. При попадании в организм большого количества сердечного гликозида может произойти   полная  остановка   сердца.  Ионы  некоторых  металлов   влияют  на действие гликозидов. Например, при введении в кровь ионов магния действие гликозидов   на   сердечную   мышцу   ослабляется.   Ионы   кальция,   наоборот, усиливают действие сердечных гликозидов.