«ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ»

Дополнительный материал по химии на тему:  «ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ» Физиологическая роль кислорода Содержание кислорода в организме взрослого человека составляет около 62 % от общей массы тела (43 кг на 70 кг массы тела). Главной   функцией   молекулярного   кислорода   в   организме   является окисление   различных   соединений.   Вместе   с   водородом   кислород   образует воду,   содержание   которой   в   организме   взрослого   человека   в   среднем составляет 55–65 %. Кислород входит в состав белков, нуклеиновых кислот и других жизненно необходимых   компонентов   организма.   Кислород   необходим   для   дыхания, окисления   жиров,   белков,   углеводов,   аминокислот,   а   также   для   многих других биохимических процессов. Обычный путь поступления кислорода в организм лежит через легкие, где этот биоэлемент проникает в кровь, поглощается гемоглобином и образует легко   диссоциирующее   соединение   –   оксигемоглобин,   а   затем   из   крови поступает во все органы и ткани. Кислород поступает в организм также и в связанном   состоянии,   в   виде   воды.   В   тканях   кислород   расходуется преимущественно   на   окисление   различных   веществ   в   процессе   их метаболизма.   В   дальнейшем   почти   весь   кислород   метаболизируется   до диоксида углерода и воды и выводится из организма через легкие и почки. Пониженное содержание кислорода в организме При   недостаточном   снабжении   тканей   организма   кислородом   или нарушении   его   утилизации   развиваются   явления   гипоксии   (кислородного голодания). Основные причины дефицита кислорода: • прекращение или снижение поступления кислорода в легкие, пониженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе; • значительное уменьшение количества эритроцитов или резкое понижение содержания в них гемоглобина; •   нарушение   способности   гемоглобина   связывать,   транспортировать   или отдавать тканям кислород; • нарушение способности тканей утилизировать кислород; • угнетение окислительно­восстановительных процессов в тканях; • застойные явления в сосудистом русле вследствие расстройств сердечной деятельности, кровообращения и/или дыхания;• эндокринопатии, авитаминозы; • острые отравления (например, вдыхание паров синильной кислоты).  Основные проявления дефицита кислорода: •   в   острых   случаях   (при   полном   прекращении   поступления   кислорода, острых   отравлениях):   потеря   сознания,   расстройство   функций   высших отделов ЦНС; •   в   хронических   случаях:   повышенная   утомляемость,   функциональные нарушения деятельности ЦНС, сердцебиение и одышка при незначительной физической нагрузке, снижение реактивности иммунной системы. Токсическая доза для человека: токсичен в виде О3. Летальная доза для человека: нет данных. Повышенное содержание кислорода в организме Длительное   повышение   содержания   кислорода   в   тканях   организма (гипероксия)   может   сопровождаться   кислородным   отравлением;   обычно гипероксии   сопутствует   повышение   содержания   кислорода   в   крови (гипероксемия). Токсическое   действие   озона   и   избытка   кислорода   связывают   с образованием в тканях большого числа радикалов, возникающих в результате разрыва химических связей. В небольшом количестве радикалы образуются и в норме, как промежуточный продукт клеточного метаболизма. При избытке радикалов   инициируется   процесс   окисления   органических   веществ,   в   том числе   перекисное   окисление   липидов,   с   их   последующим   распадом   и образованием кислородосодержащих продуктов (кетоны, спирты, кислоты). СЕРА Для   медицинских   целей   люди   издавна   использовали   дезинфицирующие свойства серы, которую применяли при лечении кожных болезней, а также бактерицидное действие сернистого газа, образующегося при горении серы. При   приеме   внутрь   элементарная   сера   действует   как   слабительное. Порошок очищенной серы используют в качестве противоглистного средства при   энтеробиозе.   Соединения   серы   в   виде   сульфаниламидных   препаратов (сульфидин,   сульфазол,   сульгин   и   др.)   обладают   противомикробной активностью. Стерильный раствор 1–2 % серы в персиковом масле применяют для пирогенной терапии при  лечении сифилиса. Сера и ее неорганические соединения   применяются   при   хронических   артропатиях,   при   заболеваниях сердечной   мышцы   (кардиосклероз),   при   многих   хронических   кожных   и гинекологических   заболеваниях,   при   профессиональных   отравлениях тяжелыми   металлами   (ртуть,   свинец).   Очищенную   и   осажденную   серу применяют наружно в мазях и присыпках при кожных заболеваниях (себорея, сикоз);   при   лечении   себореи   волосистой   части   головы   используют   селенадисульфид.   Тиосульфат   натрия   применяется   как   наружное   средство   при лечении больных чесоткой и некоторыми грибковыми заболеваниями кожи. Сера   входит   в   состав   многих   других   лекарственных   фармпрепаратов седативного,   нейролептического,   противоопухолевого   действия   (тиопентал, тиопроперазин, тиоридазин и др.). Физиологическая роль серы Сера   выполняет   в   организме   незаменимые   функции:   обеспечивает пространственную   организацию   молекул   белков,   необходимую   для   их функционирования, защищает клетки, ткани и пути биохимического синтеза от окисления, а весь организм – от токсического воздействия чужеродных веществ. Сера   поступает   в   организм   с   пищевыми   продуктами   в   составе неорганических и органических соединений. Наиболее богаты серой нежирная говядина,   рыба,   моллюски,   яйца,   сыры,   молоко,   капуста   и   фасоль. Неорганические   соединения   серы   (соли   серной   и   сернистой   кислот)   не всасываются и выделяются из организма со стулом. Органические белковые соединения подвергаются расщеплению и всасываются в кишечнике. Содержание серы в теле взрослого человека – около 0,16 % (110 г на 70 кг массы тела). Суточная потребность здорового организма в сере составляет 4– 5 г. Сера содержится во всех тканях человеческого организма; особенно много серы в мышцах, скелете, печени, нервной ткани, крови. Также богаты серой поверхностные слои кожи, где сера входит в состав кератина и меланина. Сера  выделяется   преимущественно  с мочой  в виде  нейтральной   серы  и неорганических   сульфатов,   меньшая   часть   серы   выводится   через   кожу   и легкие. В   тканях   сера   находится   в   самых   разнообразных   формах,   как неорганических   (сульфат,   сульфит,   сульфиды,   тиоцианат   и   др.),   так   и органических (тиолы, тиоэфиры, сульфоновые кислоты, тиомочевина и др.). В виде сульфат­аниона сера присутствует в жидких средах организма. Атомы серы являются составной частью молекул незаменимых аминокислот (цистин, цистеин,   метионин),   гормонов   (инсулин,   кальцитонин),   витаминов   (биотин, тиамин), глутатиона, таурина и других важных для организма соединений. В их   составе   сера   участвует   в   окислительно­восстановительных   реакциях, процессе   тканевого   дыхания,   выработке   энергии,   передаче   генетической информации и выполняет многие другие важные функции. Сера является компонентом структурного белка коллагена. Хондроитин­ сульфат присутствует в коже, хрящах, ногтях, связках и клапанах миокарда. Важными   серосодержащими   метаболитами   также   являются   гемоглобин, гепарин, цитохромы, эстрогены, фибриноген и сульфолипиды.Физиологическая роль фосфора Содержание фосфора в теле взрослого человека – около 1 % (примерно 700   г   на   70   кг   массы   тела).   Суточная   потребность   человека   в   фосфоре составляет 1,3 г. В организме основное количество фосфора содержится в костях (около 85 %), много фосфора в мышцах и нервной ткани. Вместе с кальцием, фтором и хлором фосфор формирует зубную эмаль. В организме человека около 14 % фосфора содержат внутриклеточные компартменты мягких тканей и только 1 % находится во внеклеточной жидкости. Из организма фосфор выводится с мочой и калом. Значение фосфора для организма человека огромно. Фосфор находится в биосредах   в   виде   фосфат­иона,   который   входит   в   состав   неорганических компонентов   и   органических   биомолекул.   Фосфор   присутствует   во   всех тканях,   входит   в   состав   белков,   нуклеиновых   кислот,   нуклеотидов, фосфолипидов. Соединения фосфора АДФ и АТФ являются универсальным источником   энергии   для   всех   живых   клеток.   Значительная   часть   энергии, образующаяся при распаде углеводов и других соединений, аккумулируется в богатых   энергией   органических   соединениях   фосфорной   кислоты. Растворимые   соли   фосфорной   кислоты   формируют   фосфатную   буферную систему,   ответственную   за   постоянство   кислотно­щело­чного   равновесия внутриклеточной   жидкости.   Труднорастворимые   (кальциевые)   соли фосфорной кислоты составляют минеральную основу костной и зубной ткани. Фосфор   играет   важную   роль   в   деятельности   головного   мозга,   сердца, мышечной ткани. Токсическая доза для человека: фосфаты нетоксичны. Летальная доза для человека: 60 мг Р4. Физиологическая роль хлора Учитывая   связь   хлора   и   натрия,   следует   отметить,   что   поступление   в организм этих элементов тесно взаимосвязано. В организме взрослого человека содержится около 100 г хлора (0,14 % от массы тела). Ионы хлора играют важную биологическую роль. Перечислим наиболее важные: 1)   ионы   хлора   участвуют   в   поддержании   осмотического   равновесия (хлорид­ион является основным внеклеточным анионом организма); 2)   они   создают   благоприятную   среду   для   действия   протеолитических ферментов желудочного сока; 3) активизируют ряд ферментов. Хлорид­ион   имеет   оптимальный   радиус   для   проникновения   через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионаминатрия   и   калия   в   создании   определенного   осмотического   давления   и регуляции водно­солевого обмена. Человек потребляет 5–10 г NaCl в сутки. Минимальная потребность человека в хлоре составляет около 800 мг в сутки. Младенец   получает   необходимое   количество   хлора   с   молоком   матери,   в котором   содержится  11   ммоль/л  хлора.  NaCl   необходим   для   выработки   в желудке   соляной   кислоты,   которая   способствует   пищеварению   и уничтожению болезнетворных бактерий. В клетках аккумулируется 10–15 % всего хлора, из этого количества от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85 % хлора   находится   во   внеклеточном   пространстве.   Хлор   накапливается   в висцеральной   ткани,   коже   и   скелетных   мышцах.   Всасывается   хлор,   в основном, в толстом кишечнике. Всасывание и экскреция хлора тесно связана с   ионами   натрия   и   бикарбонатами,   в   меньшей   степени   с минералокортикоидами и активностью Na+/K+ – АТФ­азы. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90–95 %), калом (4–8 %) и через кожу (до 2 %). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия, с НСО3 (кислотно­щелочной баланс). Хлорные каналы представлены во многих типах   клеток,   митохондриальных   мембранах   и   скелетных   мышцах.   Эти каналы   выполняют   важные   функции   в   регуляции   объема   жидкости, трансэпителиальном   транспорте   ионов   и   стабилизации   мембранных потенциалов,   участвуют   в   поддержании   рН   клеток.   В   настоящее   время участие хлора в возникновении отдельных заболеваний у человека изучено недостаточно   хорошо,   главным   образом,   из­за   малого   количества исследований. Достаточно сказать, что не разработаны даже рекомендации по норме суточного потребления хлора.  Физиологическая роль натрия В организм человека натрий поступает в виде NaCl (поваренной соли) в достаточно   больших   количествах:   4–6   г   ионов   натрия   ежедневно.   NaCl содержится в таких продуктах, как колбаса, сало, соленая рыба, икра, сыр, соленья, маслины, кетчуп, кукурузные хлопья. Ионы   натрия   быстро   и   полностью   всасываются   на   всех   участках желудочно­кишечного   тракта   и   в   местах   парентеральных   инъекций.   Ионы натрия легко проникают также через кожу и легочный эпителий. Натрий в виде катиона Na+  участвует в поддержании гомеостаза (ионное равновесие, осмотическое давление в жидкостях организма). Натрий распределяется по всему организму: крови, мышцам, костям, внутренним органам и коже. Около 40   %   натрия   находится   в   костной   ткани,   в   основном,   во   внеклеточной жидкости. Содержание натрия в теле взрослого человека составляет 0,08 % (55–60 г на 70 кг массы тела), а суточное потребление 4–7 г.Выводится натрий из организма, в основном, с мочой (95 %), калом, потом. Максимальная экскреция натрия с мочой отмечается с 9 до 12 часов дня, тогда как минимальная – в ночные часы. Натрий играет весьма важную роль в регуляции осмотического давления и водного обмена, при нарушении которых отмечаются следующие признаки: жажда,   сухость   слизистых   оболочек,   отечность   кожи.   Натрий   оказывает значительное   влияние   и   на   белковый   обмен.  Обмен   натрия   находится   под контролем   щитовидной   железы.   При   гипофункции   щитовидной   железы происходит задержка натрия в тканях. При гиперфункции количество натрия в коже уменьшается, а выделение его из организма усиливается. Обмен натрия регулируется в основном альдостероном. В организме человека натрий выполняет «внеклеточные» функции, среди которых: • поддержание осмотического давления и рН среды; • формирование потенциала действия путем обмена с ионами калия; • транспорт углекислого газа; • гидратация белков; • солюбилизация органических кислот. Внутри   клеток   натрий   необходим   для   поддержания   нейро­мышечной возбудимости   и   работы   Na+–K+  насоса,   обеспечивающих   регуляцию клеточного   обмена   различных   метаболитов.   От   натрия   зависит   транспорт аминокислот,   сахаров,   различных   неорганических   и   органических   анионов через мембраны клеток. Токсическая доза для человека: нетоксичен. Летальная доза для человека: нет данных. Физиологическая роль железа В   организм   человека   железо   попадает   с   пищей.   Пищевые   продукты животного  происхождения   содержат   железо   в  наиболее   легко   усваиваемой форме. Некоторые растительные продукты также богаты железом, однако его усвоение организмом происходит тяжелее. Считается, что организм усваивает до 35 % «животного» железа. В то же время другие источники сообщают, что этот   показатель   составляет   менее   3   %.   Большое   количество   железа содержится в говядине, в говяжьей печени, рыбе (тунец), тыкве, устрицах, овсяной крупе, какао, горохе, листовой зелени, пивных дрожжах, инжире и изюме. В организме взрослого человека содержится 3–5 г железа; почти две трети этого количества входит в состав гемоглобина. Считается, что оптимальная интенсивность   поступления   железа   составляет   10–20   мг/сутки.   Дефицит железа может развиться, если поступление этого элемента в организм будетменее 1 мг/сутки. Порог токсичности  железа для человека составляет 200 мг/сутки. Важная роль железа для организма человека установлена еще в XVIII в. Основной   функцией   железа   в   организме   является   перенос   кислорода   и участие   в   окислительных   процессах   (посредством   десятков железосодержащих   ферментов).   Железо   входит   в   состав   гемоглобина, миоглобина, цитохромов. Большая часть  железа  в  организме  содержится  в эритроцитах; много железа находится в клетках мозга. Железо играет важную роль   в   процессах   выделения   энергии,   в   ферментативных   реакциях,   в обеспечении   иммунных   функций,   в   метаболизме   холестерина.   Насыщение клеток   и   тканей   железом   происходит   с   помощью   белка   трансферрина, который   способен   переносить   ионы   трехвалентного   железа.   Лигандные комплексы железа стабилизируют геном, однако в ионизированном состоянии могут   являться   индукторами   ПОЛ,   вызывать   повреждение   ДНК   и провоцировать   гибель   клетки.   Дефицит,   так   же   как   и   избыток   железа, отрицательно влияют на здоровье человека. Токсическая доза для человека: 200 мг. Летальная доза для человека: 7–35 г. Индикаторы элементного статуса железа Оценка   содержания   железа   в   организме   проводится   по   результатам исследований   крови,   мочи   и   волос.   Среднее   содержание   железа   в   плазме крови составляет 0,8–1,4 мкг/л, в моче – 10–25 мкг/л, в волосах – 10–25 мкг/г. Содержание   железа   в   волосах   у   мужчин   выше,   чем   у   женщин.   У   лиц, страдающих   заболеваниями   печени,   селезенки,   хроническим   алкоголизмом, содержание железа в волосах повышено.4. Физиологическая роль хлора Учитывая   связь   хлора   и   натрия,   следует   отметить,   что   поступление   в организм этих элементов тесно взаимосвязано. В организме взрослого человека содержится около 100 г хлора (0,14 % от массы тела). Ионы хлора играют важную биологическую роль. Перечислим наиболее важные: 1)   ионы   хлора   участвуют   в   поддержании   осмотического   равновесия (хлорид­ион является основным внеклеточным анионом организма); 2)   они   создают   благоприятную   среду   для   действия   протеолитических ферментов желудочного сока; 3) активизируют ряд ферментов. Хлорид­ион   имеет   оптимальный   радиус   для   проникновения   через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионаминатрия   и   калия   в   создании   определенного   осмотического   давления   и регуляции водно­солевого обмена. Человек потребляет 5–10 г NaCl в сутки. Минимальная потребность человека в хлоре составляет около 800 мг в сутки. Младенец   получает   необходимое   количество   хлора   с   молоком   матери,   в котором   содержится  11   ммоль/л  хлора.  NaCl   необходим   для   выработки   в желудке   соляной   кислоты,   которая   способствует   пищеварению   и уничтожению болезнетворных бактерий. В клетках аккумулируется 10–15 % всего хлора, из этого количества от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85 % хлора   находится   во   внеклеточном   пространстве.   Хлор   накапливается   в висцеральной   ткани,   коже   и   скелетных   мышцах.   Всасывается   хлор,   в основном, в толстом кишечнике. Всасывание и экскреция хлора тесно связана с   ионами   натрия   и   бикарбонатами,   в   меньшей   степени   с минералокортикоидами и активностью Na+/K+ – АТФ­азы. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90–95 %), калом (4–8 %) и через кожу (до 2 %). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия, с НСО3 (кислотно­щелочной баланс). Хлорные каналы представлены во многих типах   клеток,   митохондриальных   мембранах   и   скелетных   мышцах.   Эти каналы   выполняют   важные   функции   в   регуляции   объема   жидкости, трансэпителиальном   транспорте   ионов   и   стабилизации   мембранных потенциалов,   участвуют   в   поддержании   рН   клеток.   В   настоящее   время участие хлора в возникновении отдельных заболеваний у человека изучено недостаточно   хорошо,   главным   образом,   из­за   малого   количества исследований. Достаточно сказать, что не разработаны даже рекомендации по норме суточного потребления хлора.  Физиологическая роль натрия В организм человека натрий поступает в виде NaCl (поваренной соли) в достаточно   больших   количествах:   4–6   г   ионов   натрия   ежедневно.   NaCl содержится в таких продуктах, как колбаса, сало, соленая рыба, икра, сыр, соленья, маслины, кетчуп, кукурузные хлопья. Ионы   натрия   быстро   и   полностью   всасываются   на   всех   участках желудочно­кишечного   тракта   и   в   местах   парентеральных   инъекций.   Ионы натрия легко проникают также через кожу и легочный эпителий. Натрий в виде катиона Na+  участвует в поддержании гомеостаза (ионное равновесие, осмотическое давление в жидкостях организма). Натрий распределяется по всему организму: крови, мышцам, костям, внутренним органам и коже. Около 40   %   натрия   находится   в   костной   ткани,   в   основном,   во   внеклеточной жидкости. Содержание натрия в теле взрослого человека составляет 0,08 % (55–60 г на 70 кг массы тела), а суточное потребление 4–7 г.Выводится натрий из организма, в основном, с мочой (95 %), калом, потом. Максимальная экскреция натрия с мочой отмечается с 9 до 12 часов дня, тогда как минимальная – в ночные часы. Натрий играет весьма важную роль в регуляции осмотического давления и водного обмена, при нарушении которых отмечаются следующие признаки: жажда,   сухость   слизистых   оболочек,   отечность   кожи.   Натрий   оказывает значительное   влияние   и   на   белковый   обмен.  Обмен   натрия   находится   под контролем   щитовидной   железы.   При   гипофункции   щитовидной   железы происходит задержка натрия в тканях. При гиперфункции количество натрия в коже уменьшается, а выделение его из организма усиливается. Обмен натрия регулируется в основном альдостероном. В организме человека натрий выполняет «внеклеточные» функции, среди которых: •  поддержание осмотического давления и рН среды; •  формирование потенциала действия путем обмена с ионами калия; •  транспорт углекислого газа; •  гидратация белков; •  солюбилизация органических кислот. Внутри   клеток   натрий   необходим   для   поддержания   нейро­мышечной возбудимости   и   работы   Na+–K+  насоса,   обеспечивающих   регуляцию клеточного   обмена   различных   метаболитов.   От   натрия   зависит   транспорт аминокислот,   сахаров,   различных   неорганических   и   органических   анионов через мембраны клеток. Токсическая доза для человека: нетоксичен. Летальная доза для человека: нет данных. Физиологическая роль железа В   организм   человека   железо   попадает   с   пищей.   Пищевые   продукты животного  происхождения   содержат   железо   в  наиболее   легко   усваиваемой форме. Некоторые растительные продукты также богаты железом, однако его усвоение организмом происходит тяжелее. Считается, что организм усваивает до 35 % «животного» железа. В то же время другие источники сообщают, что этот   показатель   составляет   менее   3   %.   Большое   количество   железа содержится в говядине, в говяжьей печени, рыбе (тунец), тыкве, устрицах, овсяной крупе, какао, горохе, листовой зелени, пивных дрожжах, инжире и изюме. В организме взрослого человека содержится 3–5 г железа; почти две трети этого количества входит в состав гемоглобина. Считается, что оптимальная интенсивность   поступления   железа   составляет   10–20   мг/сутки.   Дефицит железа может развиться, если поступление этого элемента в организм будетменее 1 мг/сутки. Порог токсичности  железа для человека составляет 200 мг/сутки. Важная роль железа для организма человека установлена еще в XVIII в. Основной   функцией   железа   в   организме   является   перенос   кислорода   и участие   в   окислительных   процессах   (посредством   десятков железосодержащих   ферментов).   Железо   входит   в   состав   гемоглобина, миоглобина, цитохромов. Большая часть  железа  в  организме  содержится  в эритроцитах; много железа находится в клетках мозга. Железо играет важную роль   в   процессах   выделения   энергии,   в   ферментативных   реакциях,   в обеспечении   иммунных   функций,   в   метаболизме   холестерина.   Насыщение клеток   и   тканей   железом   происходит   с   помощью   белка   трансферрина, который   способен   переносить   ионы   трехвалентного   железа.   Лигандные комплексы железа стабилизируют геном, однако в ионизированном состоянии могут   являться   индукторами   ПОЛ,   вызывать   повреждение   ДНК   и провоцировать   гибель   клетки.   Дефицит,   так   же   как   и   избыток   железа, отрицательно влияют на здоровье человека. Токсическая доза для человека: 200 мг. Летальная доза для человека: 7–35 г. Индикаторы элементного статуса железа Оценка   содержания   железа   в   организме   проводится   по   результатам исследований   крови,   мочи   и   волос.   Среднее   содержание   железа   в   плазме крови составляет 0,8–1,4 мкг/л, в моче – 10–25 мкг/л, в волосах – 10–25 мкг/г. Содержание   железа   в   волосах   у   мужчин   выше,   чем   у   женщин.   У   лиц, страдающих   заболеваниями   печени,   селезенки,   хроническим   алкоголизмом, содержание железа в волосах повышено.