Реферативное исследование "Влияние химических элементов на здоровье человека"

1 МОУ Крутецкая ООШ Реферативное исследование Влияние химических элементов на здоровье человека.           Выполнила: ученица 9 класса Руководитель: учитель химии, биологии 2 2010 год                                          Содержание   1.Введение………………………………………………………………………… 3          2.Человеческий организм с точки зрения химических элементов………….5       2.1.Химический состав человека……………………………………………5              2.2. Влияние химических элементов на организм человека……………....8     2.3.Гомеостаз…………………………………………………..………………… 18 3.Выводы……………………………………………………………….……….23 4.Литература…………………………………………………………....……….24 3 1.Введение       Жизнь, функции и структура каждой клетки на Земле зависят от действия химических элементов. Из существующих в природе 110 элементов более 13 не имеют никакого значения для функционирования живых организмов, зато 81 элемент в большей или меньшей степени принимает участие и в построении живого   организма,   и   в   процессах,   в   нем   происходящих.   Основным строительным   материалом   являются   четыре   элемента:   углерод,   водород, кислород и азот,  а остальные, часто  находясь  совсем  в  микроскопических количествах в организме, влияют на здоровье, и дефицит или избыток какого­ либо элемента часто является причиной того или иного заболевания.        Оказывается, что можно составить элементный портрет любого человека, который строго соответствует полу, возрасту, конституции, темпераменту и, конечно, образу жизни.  Элементный «портрет» ­ это тот химический состав, т.е. содержание макро­ и микроэлементов, который мы «носим» в себе. И если в   нашей   жизни   (организме)   происходят   какие­то   изменения,   то   они затрагивают и наш элементный состав, который очень быстро реагирует на любые коллизии.       Изучая школьные предметы биологию и химию мне всегда, прежде всего, была интересна связь этих знаний со здоровьем человека, с моим собственным организмом их практическое значение и применение этих знаний. Обладая на   знаний   по   строению   и сегодняшний   день   достаточным   объемом   жизнедеятельности   человеческого   организма   и   знаниями   о   химических элементах   и   веществах,   мне   стало   интересно   рассмотреть   вопрос   о человеческом   организме   –   как   химической   структуре,   посмотреть   на человеческий организм с точки зрения химических элементов. Цель   работы:   используя   полученные   знания   на   уроках   биологии   и   химии проанализировать человеческий организм как химическую структуру. 4 Задачи: Изучить необходимую литературу, в том числе учебную и интернет – 1. источники по заявленной теме. Провести анализ человеческого организма как химической структуры на 2. уровне химических элементов. Сделать   выводы   о   практическом   значении   знаний,   получаемых   на 3. уроках химии и биологии и тесной взаимосвязи данных наук. Гипотеза   исследования:   если   человеческий   организм   сложная   химическая структура,   состоящая   из   многих   химических   элементов,   то   регуляция жизненно   важных   функций   так   же   должна   осуществляться   на   уровне содержания в организме определенных химических элементов.                 В  процессе   работы  над   рефератом   мной  были  изучены  различные источники для получения информации.  Но основными были два источника: материал   из   интернета   и   литература   по   выбранной   теме.   В   пособии содержатся   материалы   о   воздействии   химических   элементов   на   состояние здоровья человека, проблемы,   задачи и исследовательские работы. В этих книгах     авторы   попытались   взглянуть   на   вопросы   и   проблемы   здоровья человека сквозь призму химических знаний. Необходимость такого взгляда вызвана   следующими   особенностями.   химия   является   Во­первых, неотъемлемой   составной   частью   процесса   развития   цивилизации:   без современной   химической   науки   человек   просто   не   смог   бы   полноценно существовать   на   Земле.   Во­вторых,   для   глубокого   понимания   влияния химических элементов на здоровье человека совершенно необходимо знание химических основ или причин этого. 5 2.Человеческий организм с точки зрения химических элементов 2.1.Химический состав человека                 В   составе   веществ,   образующих   клетки   всех   живых   организмов, обнаружено примерно 80 элементов. Эти элементы принято делить на две группы: макроэлементы и микроэлементы.         Макроэлементами принято считать те химические элементы, содержание в организме которых более 0,005% массы тела. К макроэлементам относятся водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций. Роль макроэлементов, входящих в состав неорганических веществ, очевидна. Например, основное количество кальция и фосфора входит в кости (гидроксофосфат кальция Са10(РО4)6(ОН)2), а хлор в виде соляной кислоты содержится в желудочном соке.  Микроэлементами  называются химические элементы,   содержащиеся   в   организме   в   очень   малых   количествах.   Их содержание не превышает 0,005% массы тела, а концентрация в тканях ­ не более 0,000001%. Среди всех микроэлементов в особую группу выделяют так  незаменимые   микроэлементы.   Микроэлементы   вошли   в называемые отмеченный   выше   ряд   22   элементов,   обязательно   присутствующих   в организме   человека.   Заметим,   что   большинство   из   них   ­   металлы,   а   из металлов больше половины являются  d­элементами. Последние в организме образуют   координационные   соединения   со   сложными   органическими молекулами.   Так,   установлено,   что   многие   биологические   катализаторы   ­ ферменты   содержат   ионы   переходных   металлов   (d­элементов).   Например, известно, что марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо ­ в 70, медь ­ в 30, а цинк ­ более чем в 100. Микроэлементы называют жизненно необходимыми,   если   при   их   отсутствии   или   недостатке   нарушается 6 нормальная   жизнедеятельность   организма.   Незаменимые   микроэлементы   ­ микроэлементы,   регулярное   поступление   которых   с   пищей   или   водой   в организм   абсолютно   необходимо   для   нормальной   его   жизнедеятельности. Незаменимые   микроэлементы   входят   в   состав   ферментов,   витаминов, гормонов   и   других   биологически   активных   веществ.   Незаменимыми микроэлементами   являются   железо,   йод,   медь,   марганец,   цинк,     кобальт, молибден, селен, хром, фтор. Имеется большое число химических элементов, называемых     примесные   элементы,   особенно   среди   тяжёлых,   являющихся ядами   для живых   организмов, —   они   оказывают   неблагоприятное биологическое воздействие. В табл. 3 приведены эти элементы в соответствии с Периодической   системой   Д.И. Менделеева.  За исключением   бериллия и бария,   эти   элементы   образуют   прочные   сульфидные   соединения. Существует   мнение,   что   причина   действия   ядов   связана   с блокированием определённых   функциональных   групп   (в   частности,   сульфгидрильных) протеина   или же   с вытеснением   из некоторых   ферментов   ионов   металлов, например   меди   и цинка.   Элементы,   представленные   в таблице 1   (см. приложение),   называют   примесными.   Их диаграмма   доза —   эффект   имеет другую   форму   по сравнению   с жизненно   необходимыми  (рис.1,   см. приложение).   До определённого   содержания   этих   элементов   организм не испытывает   вредного   воздействия,   но при   значительном   увеличении концентрации они становятся ядовитыми.            Встречаются элементы, которые в относительно больших количествах являются   ядами,   а в низких   концентрациях   оказывают   полезное   влияние. Например, мышьяк ­ сильный яд, нарушающий сердечнососудистую систему и поражающий   почки   и печень,   в небольших   дозах   полезен,   и врачи прописывают его для улучшения аппетита. Кислород, необходимый человеку для дыхания,  в высокой  концентрации  (особенно  под   давлением)   оказывает ядовитое действие. 7      Одной из основных тканей организма является кровь, ее состав важен, так как именно она является связующим звеном между всеми органами и тканями организма и большинство веществ и химических элементов транспортируются именно кровью. Состав крови таков. Кровь состоит из жидкой части плазмы и взвешенных   в   ней   форменных   элементов:   эритроцитов,   лейкоцитов   и тромбоцитов. На долю форменных элементов приходится 40 – 45%, на долю плазмы – 55 – 60% от объема крови. Это соотношение получило название гематокритного   соотношения,   или   гематокритного   числа.   Часто   под гематокритным числом понимают только объем крови, приходящийся на долю форменных   элементов.  Кровь  ­   это   такая   же   ткань   организма,   как   и   все остальные, только она жидкая!  Кровь  находится в постоянном движении и выполняет   ответственную   функцию   ­   доставляет   кислород   и   питательные вещества   клеткам   организма.   Благодаря   гемоглобину,   содержащемуся   в эритроцитах  кровь,  имеет   красный   цвет.   Кровь   состоит   из   2­х   основных компонентов:  плазмы  и   взвешенных   в   ней   веществ,   которые   называют форменными веществами. Отношение кол­ва плазмы (40­45%) и форменных   веществ   (55­60%)   называют   гематокритным   числом   (гематокрит). В   свою   очередь  плазма   крови  на   90%   состоит   из   воды   и   еще   10%   в   ней составляют растворенные жиры, углеводы, соли, микроэлементы, гормоны и другие   вещества.   Форменные   элементы   крови   представлены   эритроцитами, тромбоцитами   и   лейкоцитами.  Кровь  относится   к   быстро   обновляющимся тканям.         К органическим веществам плазмы крови относятся также небелковые азотсодержащие соединения (аминокислоты, полипептиды, мочевина, мочевая кислота, креатинин, аммиак). Общее количество небелкового азота в плазме, так называемого остаточного азота, составляет 11 – 15 ммоль/л (30 – 40 мг%). Содержание   остаточного   азота   в   крови   резко   возрастает   при   нарушении функции почек. 8        В плазме крови содержатся также безазотистые органические вещества: глюкоза   4,4   –   6,6   ммоль/л   (80   –   120   мг%),   нейтральные   жиры,   липиды, ферменты, расщепляющие гликоген, жиры и белки, проферменты и ферменты, участвующие в процессах свертывания крови и фибринолиза. Неорганические вещества плазмы крови составляют 0,9 – 1%. К этим веществам относятся в основном   катионы   Nа+,   Са2+,   К+,   Mg2+   и   анионы   Сl­,   НРО42­,   НСО3­. Содержание   катионов   является   более   жесткой   величиной,  чем   содержание анионов. Ионы обеспечивают нормальную функцию всех клеток организма, в том числе клеток возбудимых тканей, обусловливают осмотическое давление, регулируют рН.                В   плазме   постоянно   присутствуют   все   витамины,   микроэлементы, промежуточные   продукты   метаболизма   (молочная   и   пировиноградная кислоты). 2.2. Влияние химических элементов на организм человека                 Точный   диагноз   стресса,   который   зачастую   является   причиной заболевания,   можно,   оказывается,   установить   по   спектральному   составу волос. Концентрация всех химических элементов, какие только есть в нашем организме,   значительно   выше   в   волосах,   нежели   в   таких   привычных   для анализа   биологических   жидкостях,   как   кровь   и   моча.   Кроме   того,  волосы концентрируют   в   себе   практически   все   химические   элементы,   которые содержатся   в   нашем   организме.   Например,   если   по   сыворотке   крови достоверно удается получить данные о 6­8 элементах, то волосы «выдают» информацию   о   20­30   элементах.   Все   анализы   проводят   с   помощью плазменного   спектрометра.   Результаты   анализа   обрабатываются   на компьютере,   который   извлекает   из   своей   памяти   сведения   о   средней   для здорового человека данного пола и возраста норме макро­ и микроэлементов, сравнивает с ними элементный состав волос пациента и оценивает отклонения в минеральном составе. В первую очередь определяется содержание таких жизненно важных элементов, как кальций, калий, железо, медь, магний, цинк, 9 потому что функции их чрезвычайно важны для нашего организма, так как они   отвечают   за   синтез   многих   важных   ферментов   и   гормонов,   входят   в состав пигментов, витаминов, белковых комплексов.          По отмеченному дисбалансу ставится предварительный диагноз, затем определяется   программа   лечения,   направленная   на   устранение   дефицита недостающего элемента и выведения из организма вредных или содержащихся в избытке веществ. Такая коррекция минерального обмена организма может проводиться двумя путями: 1) составление специальной диеты с включением продуктов,   которые   содержат   в   значительных   количествах   элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности вашего организма (причем диета   должна   составляться   только   специалистами);   2)   прием   различных препаратов,   содержащих   микроэлементы.   Решение   такой   проблемы,   как коррекция элементного «портрета», должно проводиться с учетом того, что содержание   в   пищевых   продуктах   или   воде   необходимых   макро­   и микроэлементов в огромной степени зависит от так называемого локального биогеохимического круговорота химических элементов. Как правило, начало дефициту элементов закладывает почва. Она же является первым звеном в пищевой   цепи:   почва  ­   растение   ­  животное  ­   человек.   Поэтому   проблема коррекции  минерального  дисбаланса   нашего  организма   выливается  в  более крупную и масштабную проблему.         Физиологическое   значение   минеральных   элементов   определяется   их участием: ∙ в структуре и функции большинства ферментативных систем и процессов, протекающих в организме; ∙   в   пластических   процессах   и   построении   тканей   (фосфор   и   кальций   ­ основные структурные компоненты костей); ∙ в поддержании кислотно­основного состояния и водно­солевого обмена; 10 ∙ в поддержании солевого состава крови и участии в структуре формирующих ее элементов.  (Таблица№2 «Суточное поступление химических элементов в организм человека», см. приложение)        Концентрация элемента в организме играет весьма существенную, а порой и катастрофическую   роль.   Среди   примесных   элементов   имеются   и такие, которые в малых дозах обладают эффективными лечащими свойствами. Так, давно было 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.   Карандаши   из нитрата   серебра применяют   для прижигания   бородавок,   В разбавленных   грануляций. растворах   (0,1–0,25%)   нитрат   серебра   используют   как   вяжущее и противомикробное   средство   для примочек,   а также   в качестве   глазных капель. Учёные считают, что прижигающее действие нитрата серебра связано с его   взаимодействием   с белками   тканей,   что   приводит   к образованию белковых   солей   серебра —   альбуминатов.   Серебро   пока   не относят к жизненно   необходимым   элементам,   однако   уже   экспериментально установлено   его   повышенное   содержание   в мозгу   человека,   в железах внутренней секреции, печени. В организм серебро поступает с растительной пищей, например с огурцами и капустой.         В приложении (см. приложение, таблица №3) приведена Периодическая система,   в которой   охарактеризована   биоактивность   отдельных   элементов. Оценка   основана   на проявлении   симптомов   дефицита   или избытка определённого   элемента.   Она   учитывает   следующие   симптомы   (в   порядке возрастания эффекта): 1 — снижение аппетита; 2 — потребность в изменении диеты;   3 —   значительные   изменения   состава   тканей;   4 —   повышенная повреждаемость   одной   или нескольких   биохимических   систем, проявляющаяся в специальных условиях; 5 — недееспособность этих систем 11 в специальных   условиях;   6 —   субклинические   признаки   недееспособности; симптомы   недееспособности   и повышенная 7 —   клинические повреждаемость; 8 — заторможенный рост; 9 — отсутствие репродуктивной   функции.   Крайней   формой   проявления   дефицита   или избытка   элемента в организме   является   смертельный   исход.   Оценка   биоактивности   элемента сделана   по девятибалльной   шкале   в зависимости   от характера   симптома, для которого выявлена специфичность.          При такой оценке наиболее высоким баллом характеризуются жизненно необходимые элементы.         Характерным   признаком   необходимого   элемента   является   колоколообразный вид кривой доза (n) ­ ответная реакция (R, эффект) (см. приложение  рис. 1.)     Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для жизненно необходимых элементов (см. приложение рис.1)             При   малом   поступлении   данного   элемента   организму   наносится существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном это объясняется   снижением   активности   ферментов,   в   состав   которых   входит данный элемент. При повышении дозы элемента ответная реакция возрастает и достигает нормы (плато). При дальнейшем увеличении дозы проявляется токсическое   действие   избытка   данного   элемента,   в   результате   чего   не исключается и летальный исход. Кривую  на рис. 1(см. приложение) можно трактовать так: все должно быть в меру и очень мало и очень много вредно. Например, недостаток в организме  железа  приводит к анемии, так как оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее, его составной части ­ тема. У взрослого   человека   в   крови   содержится   около   2,6   г   железа.   В   процессе жизнедеятельности   в   организме   происходят   постоянный   распад   и   синтез гемоглобина. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм с пищей в среднем около   12   мг   этого   элемента.   Связь   анемии   с   недостатком   железа   была 12 известна врачам давно, так как еще в XVII веке в некоторых европейских странах   при   малокровии   прописывали   настой   железных   опилок   в   красном вине. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких ­ заболевания, вызываемые отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный регулятор содержания железа в крови ­ печень.                Недостаток в организме  меди  приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста   врачи   связывают   с   возрастным   снижением   содержания   меди   в организме. Однако избыток меди в организме приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона).             Человеку   причиняют   вред   лишь   относительно   большие   количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине как вяжущее и бактериостазное   (задерживающее   рост   и   размножение   бактерий)   средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при лечении конъюнктивитов в виде глазных капель (25%­ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди (П), нитрата калия, квасцов и камфары). При ожогах кожи фосфором проводят ее обильное смачивание 5%­ным   раствором   сульфата   меди   (II).   Она   оказывает   на   организм многогранное   действие,   воспроизводство,   влияет   на   развитие, гемоглобинообразование   и   на   активность   лейкоцитов.   Медь   является переносчиком   кислорода   при   образовании   пигментов.   В   регионах   с недостатком   меди   в   почве   отмечается   анемия   сельскохозяйственных животных. Дефицит меди приводит к разупорядочению соединительной ткани кровеносных сосудов вследствие блокирования связей между коллагеном и эластином у свиней, индюков. Избыток меди у животных вызывает поражение печени   и   развитие   желтухи,   у   человека   ­   острый   панкреатит,   язву двенадцатиперстной   кишки,   бронхиальную   астму,   гиперкупремию   и   др. 13 Токсичность меди проявляется в способности её блокировать SH ­ группы белков,   в   особенности   ферментов,   повышать   проницаемость   мембраны митохондрий. Белки, в состав которых входит медь, оказывают влияние на углеводный обмен, синтез жиров, образование витаминов P и B. Ежедневная потребность в меди для человека составляет около 2 ­ 3 мг. Особенно богаты этим   элементом   молоко   и   дрожжи.   Однако   в   больших   количествах соединения меди вредны: приём внутрь 2г медного купороса может привести к смерти.       Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Надежно 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   ее. Наличие   градиента   концентраций   калия   и   натрия   ­   экспериментально установленный факт. Интересно, что по мере старения организма градиент концентраций   ионов   калия   и   натрия   на   границе   клеток   падает.   При наступлении смерти концентрации калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравниваются. В организме человека содержится в среднем около 140 г калия и около 100 г. натрия. С пищей мы ежедневно потребляем от 1,5 до 7 г ионов калия и от 2 до 15 г ионов натрия. Потребность в ионах Na настолько велика, что их необходимо специально добавлять в пищу (в виде поваренной соли).   Значительная   потеря   ионов   натрия   (они   выводятся   из   организма   с мочой и потом) неблагоприятно сказывается на здоровье человека. Поэтому в жаркую   погоду   врачи   рекомендуют,   есть   больше   солёного.   Однако   и избыточное содержание их в пище вызывает негативную реакцию организма, например   повышение   артериального   давления.   Биологическая   функция других   щелочных   металлов   в   здоровом   организме   пока   неясна.   Однако имеются указания, что введением в организм ионов лития удается лечить одну 14 из форм маниакально­депрессивного психоза.  (см. приложение таблица №4 «Характерные   симптомы   дефицита   химических   элементов   в   организме человека»).    Необходимо   также   отметить   значение   таких   элементов,   как магний, стронций, фосфор, селен, йод, хром, цинк, и конечно, кислород.           Магний  присутствует в животных и растительных организмах. В теле человека   в   среднем   содержится   19   г   магния.   Особенно   он   необходим растениям, т. к. является составной частью хлорофилла. Соединения магния участвуют   в   формировании   костей,   в   регуляции   работы   нервной   ткани, обмене веществ. Ежедневно человеку требуется примерно 300 ­ 400 мг этого элемента. Он попадает в наш организм с хлебом, в 100 г которого содержится 90 мг магния, крупой (в 100 г овсяной крупы ­ 116 мг магния). В молочных продуктах   этот   элемент   присутствует   в   легко   усвояемой   форме   ­   в   виде растворимого   в   воде   цитрата   магния   (соли   лимонной   кислоты).   Особенно богаты магнием орехи: на 100 г. приходится до 230 мг этого элемента. С пищей   и   питьевой   водой   человек   ежедневно   получает   около   15   ­   20   мг стронция.   В   большем   количестве   соединения   этого   элемента   вредны   для здоровья.   Ионы   стронция   способны   замещать   в   костях   ионы   кальция,   что приводит   к   различным   заболеваниям.   Поэтому   предельно   допустимая концентрация ионов Sr в питьевой воде ­ 7 мг/л. В виде фосфатов кальция фосфор присутствует в костях человека и животных. В теле человека массой 70   кг   содержится   около   780   г.   фосфора.   Входит   он   и   в   состав   белков, фосфолипидов,   нуклеиновых   кислот;   соединения   фосфора   участвуют   в энергетическом обмене (аденозинтрифосфорная кислота, АТФ). Ежедневная потребность человеческого организма в фосфоре составляет 1,2 г. Основное его количество мы потребляем с молоком и хлебом (в 100 г. хлеба ­ примерно 200   мг   фосфора).   Наиболее   богаты   фосфором   рыба   (180   мг   в   100   г. продукта), фасоль (540 мг на 100 г. продукта), некоторые виды сыра (до 600 мг на 100 г. продукта). Интересно, что для правильного питания необходимо соблюдать   баланс   между   количеством   потребляемого  фосфора  и  кальция: 15 оптимальное соотношение этих элементов в пище составляет 1,5: 1. Избыток богатой фосфором пищи приводит к вымыванию кальция из костей, а при избытке кальция развивается мочекаменная болезнь.                 В  организме   человека   содержится   также   около  14  мг  селена.  Он относится   к   числу   важных   микроэлементов   ­   стимулирует   синтез состав   фермента серосодержащих   глутатионпероксидазы,   предохраняющего   гемоглобин   крови   от   окисления   входит   в   аминокислот, пероксидами.   Недостаток   селена   в   организме   человека   приводит   к ослаблению его иммунной защиты (больше всего селена ­ около 0,2­0,3 мг/кг ­ содержится в мясе и твороге). Однако переизбыток этого элемента вреден ­ он ведёт к отравлению, одним из симптомов которого является выпадение волос.        В организме человека содержится от 12 до 20 мг йода, причём большая его   часть   сконцентрирована   в   щитовидной   железе   в   составе   белка тиреоглобулина,   ответственного   за   синтез   некоторых   гормонов.   При недостатке йода у детей и взрослых развиваются тяжёлые заболевания, такие как   базедова   болезнь.   Во   избежание   этого   в   местностях   с   пониженным содержанием   йода   в   почве   и   воздухе   в   продажу   поступает   йодированная поваренная соль, содержащая добавки иодида (KI) или иодата (KIO3) калия, а также различные пищевые добавки (пивные дрожжи, отруби). Молекулы йода обладают   уникальной   способностью   проникать   в   организм   даже   через неповреждённую   кожу.   Поэтому   настойку   йода   применяют   и   для   лечения внутрикожных воспалений.              В организме взрослого человека содержится всего около 6 мг  хрома. Многие   соединения   этого   элемента   (особенно   хроматы   и   дихроматы) токсичны,   а   некоторые   из   них   являются   канцерогенами,   т.е.   способны вызывать рак. Содержание цинка, входящего в состав более 40 ферментов, регулирующих углеводный и энергетический обмен в клетках, составляет 2,3 грамма в организме человека и животных. Встречаются элементы, которые в 16 относительно   больших   количествах   являются   ядами,   а   в   низких концентрациях оказывают полезное влияние. Например, мышьяк ­ сильный яд, нарушающий сердечнососудистую систему и поражающий почки и печень, в небольших дозах полезен, и врачи прописывают его для улучшения аппетита. Кислород,   необходимый   человеку   для   дыхания,   в   высокой   концентрации (особенно под давлением) оказывает ядовитое действие. Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме играет весьма существенную, а порой   и   катастрофическую   роль.   Среди   примесных   элементов   имеются   и такие,   которые   в   малых   дозах   обладают   эффективными   лечащими свойствами.  Так,  давно   было   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. Карандаши   из   нитрата   серебра   применяют   для   прижигания   бородавок, грануляций. В разбавленных растворах (0,1­0,25%) нитрат серебра 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. Серебро пока не относят к жизненно необходимым   элементам,   однако   уже   экспериментально   установлено   его повышенное содержание в мозге человека, в железах внутренней секреции, печени.   В   организм   серебро   поступает   с   растительной   пищей,   например   с огурцами и капустой. Тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, мышьяк, ртуть, кадмий, хром, алюминий и др.) в микроколичествах необходимы организму и в   основном   они   находятся   в   активных   центрах   коферментов.   Особенно опасны   металлорганические   соединения,   т. к.   они   гораздо   лучше   проходят барьеры внутри организма. Некоторые металлы, например, свинец, стронций, иттрий, кадмий замещают в организме кальций, а это приводит к хрупкости костей.  Кадмий  накапливается   в   почках,   участвует   в   нескольких ферментативных реакциях. В ничтожно малых количествах кадмий способен 17 стимулировать   остроту   зрения, деятельность,   активизировать   сердечнососудистую   Однако   регулировать   содержание   сахара   в   крови. незначительное повышение уровня кадмия в крови отрицательно сказывается на   деятельности   головного   мозга.   Кадмий   является   антагонистом   цинка, селена способствует также нарушению обмена железа в организме животных. Кадмий   повышает   кровяное   давление   и   играет   значительную   роль   в возникновении   и   развитии   инсультов   и   онкологических   заболеваний.   Медь оказывает   на   организм   многогранное   действие,   влияет   на   рост,   развитие, воспроизводство,   гемоглобинообразование   и   на   активность   лейкоцитов. Является переносчиком кислорода при образовании пигментов В регионах с недостатком   меди   в   почве   отмечается   анемия   сельскохозяйственных животных. Дефицит меди приводит к разупорядочению соединительной ткани кровеносных сосудов у свиней, индюков. Избыток меди у животных вызывает поражение печени и развитие желтухи, у человека ­ острый панкреатит, язву двенадцатиперстной   кишки,   бронхиальную   астму,   гиперкупремию   и   др. Свинец  способен накапливаться в костях, печени, почках. При отравлениях животных   свинцом   отмечают   впервые   часы   повышенную   активность   и бессонницу,   а   в   последующем   утомляемость,   депрессии,   Более   поздними симптомами являются расстройства функции нервной системы и поражение головного   мозга.   В   медицинской   практике   свинцовое   отравление   часто диагностируют и лечат как психогенное заболевание. Установлено, что вдоль автомобильных   дорог   содержание   свинца   намного   выше.   С   удалением   от дорог   на   расстоянии   220 м   в   обе   стороны   концентрация   свинца   в   почве снижается от 60 мг/кг до 30 мг/кг. В крови коров и буйволов концентрация свинца соответственно составляет 1,62 ±0,38 мг/л и 0,86±0,23 мг/л.             Хром  концентрируется   в   волосах   и   ногтях,   меньше   в   гипофизе, надпочечниках, поджелудочной железе, легких, скелетных мышцах и тонких кишках. Ежесуточное поступление хрома до 0,05­0,2 мг считается нормой для 18 человека. С пищей в организм человека поступает до 150 мкг хрома в сутки, а с   водой   от   10   до   40   мкг.   Он   участвует   в   процессах   обмена   глюкозы   в организме.   Является   кофактором   инсулина.   Выявлено,   что   у   человека избыток   хрома   вызывает   ряд   метаболических   сдвигов:   снижение толерантности   к   глюкозе,   ослабление   метаболизма   углеводов,   повышение инсулина  в  крови,  глюкозурию,  гипергликемию,  а  также   задержку   роста  и повышение   уровня   холестерина   и   триглицеридов   в   сыворотке   крови, увеличение   числа   атеросклеротических   бляшек   в   аорте.   Интоксикация хромом приводит к периферической невропатии, к нарушению деятельности нервной системы, снижает оплодотворяющую способность. Превышение МДУ хрома во всех органах диких и сельскохозяйственных животных обнаружено в Центрально­Черноземном   районе   России.   Недостаток   в   организме   хрома проявляется   в   угнетении   роста,   сокращении   продолжительности   жизни, нарушении   обмена   глюкозы,   липидов,   белка.   Количество   биологически активных химических элементов в организмах животных и тканях в основном зависит   от   их   места   обитания   и   особенностей   потребления   кормов.   В большинстве случаях сельскохозяйственные животные страдают от дефицита и несбалансированности микроэлементов. При содержании тяжелых металлов в почве выше допустимых норм отмечают повышение поступления указанных металлов   в   рационы   и   соответственно   в   продукцию   животноводства, ухудшение   качества   сельскохозяйственной   продукции.   Например,   в пригородных   хозяйствах   при   содержании   в   рационе   тяжелых   металлов   ­ свинца, никеля, хрома и фтора в 2­7 раз выше ПДК содержание их в молоке оказалось   в   1,25­2   раза   выше   допустимых.   В   Вологодской   области   из­за нехватки селена при избытке железа, марганца, кадмия отмечено поступление молока   на   молокозаводы   с   низкой   титруемой   кислотностью.   Основной причиной являются выбросы предприятий Череповецкой промышленной зоны. Наличие тяжелых металлов влияет на качество сыра, при этом нарушается технология   производства.   В   частности,   ухудшается   его   вкус   и   запах становится нечистым, сыр легко крошится, творог становится мажущим. У 19 овец, разводимых в промышленной зоне Ирака, отмечается депонирование в организме ртути, кадмия и свинца. У пятилетних овец содержание ртути и кадмия   в   мускулатуре   выше   МДУ   (максимально   допустимого   уровня).   У овец,   разводимых   в   сельскохозяйственных   районах   Ирака,   содержание тяжелых   металлов   в   тканях   и   органах   оказались   в  2­7  раз   меньше,  чем   у животных, разводимых в промышленной зоне.  2.3.Гомеостаз.         Организм   можно   определить   как   физико­химическую   систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность   живых   систем   сохранять   стационарное   состояние   в   условиях непрерывно   меняющейся   среды   и   обусловливает   их   выживание.   Для обеспечения   стационарного   состояния   у   всех   организмов   –   от морфологически   самых   простых   до   наиболее   сложных   –   выработались   физиологические   и   поведенческие разнообразные   анатомические, приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды. Впервые мысль о том, что постоянство внутренней среды обеспечивает оптимальные условия для жизни и размножения организмов, была высказана в 1857 г. французским физиологом Клодом Бернаром. На протяжении всей его научной   деятельности   Клода   Бернара   поражала   способность   организмов регулировать   и   поддерживать   в   достаточно   узких   границах   такие физиологические   параметры,   как   температура   тела   или   содержание   в   нем воды.   Это   представление   о   саморегуляции   как   основе   физиологической стабильности он резюмировал в виде ставшего классическим утверждения: «Постоянство внутренней среды является обязательным условием свободной жизни».Особое значение для жизнедеятельности организма имеет постоянство состава крови ­ жидкой основы организма (fluid matrix), по выражению У. Кеннона.   Хорошо   известна   устойчивость   ее   активной   реакции   (pH), осмотического давления, соотношения электролитов (натрия, кальция, хлора, магния, фосфора), содержания глюкозы, числа форменных элементов и т. д. 20 Так, например, p H крови, как  правило, не выходит за пределы 7,35­7,47. Сохранение   постоянного   осмотического   давления   имеет   первостепенное значение для водного обмена и поддержания ионного равновесия в организме. Наибольшим   постоянством   отличается   концентрация   ионов   натрия   во внутренней   среде.   Содержание   других   электролитов   колеблется   также   в узких  границах.  Наличие большого  количества  осморецепторов  в  тканях  и органах,  в   том   числе   в   центральных   нервных   образованиях   (гипоталамусе, гиппокампе),   и  координированной   системы  регуляторов   водного   обмена   и ионного   состава   позволяет   организму   быстро   устранить   сдвиги   в осмотическом давлении крови, происходящие, например, при введении воды в организм. Несмотря на то, что кровь представляет общую внутреннюю среду организма, клетки органов и тканей непосредственно не соприкасаются с ней. В   многоклеточных   организмах   каждый   орган   имеет   свою   собственную внутреннюю   среду   (микросреду),   отвечающую   его   структурным   и функциональным особенностям, и нормальное состояние органов зависит от химического состава, физико­химических, биологических и других свойств этой   микросреды.   Ее   гомеостаз   обусловлен   функциональным   состоянием гистогематических   барьеров   и   их   проницаемостью   в   направлениях   кровь  ­ тканевая жидкость; тканевая жидкость ­ кровь.          Гомеостаз  (греч. homoios – подобный, тот же самый; stasis­состояние, неподвижность)   –   относительное   динамическое   постоянство   внутренней среды   (крови,   лимфы,   тканевой   жидкости)   и   устойчивость   основных физиологических   функций   (кровообращения,   дыхания,   терморегуляции, обмена веществ и т.д.) организма человека и животных.  Биофизические механизмы гомеостаза.          С точки зрения химической биофизики гомеостаз – это состояние, при котором   все   процессы,   ответственные   за   энергетические   превращения   в организме, находятся в динамическом равновесии. Это состояние обладает наибольшей устойчивостью и соответствует физиологическому оптимуму. В 21 соответствии   с   представлениями   термодинамики   организм   и   клетка   могут существовать и приспосабливаться к таким условиям среды, при которых в биологической   системе   возможно   установление   стационарного   течения физико­химических процессов, т.е. гомеостаза. Основная роль в установлении гомеостаза принадлежит в первую очередь клеточным мембранным системам, которые ответственны за биоэнергетические процессы и регулируют скорость поступления   и   выделения   веществ   клетками.   С   этих   позиций   основными причинами   нарушения   являются   необычные   для   нормальной жизнедеятельности неферментативные реакции, протекающие в мембранах; в большинстве случаев это цепные реакции окисления с участием свободных радикалов,   возникающие   в   фосфолипидах   клеток.   Эти   реакции   ведут   к повреждению   структурных   элементов   клеток   и   нарушению   функции регулирования. К факторам, являющимся причиной нарушения гомеостаза, относятся также агенты, вызывающие радикалообразование, ­ ионизирующие излучения, инфекционные токсины, некоторые продукты питания, никотин, а также   недостаток   витаминов   и   т.д.Одним   из   основных   факторов, стабилизирующих гомеостатическое состояние и функции мембран, являются биоантиокислители, радикальных реакций.   которые   сдерживают   развитие   окислительных Возрастные особенности гомеостаза у детей.       Постоянство внутренней среды организма и относительная устойчивость физико­химических   показателей   в   детском   возрасте   обеспечиваются   при выраженном   преобладании   анаболических   процессов   обмена   над катаболическими.   Это   является   непременным   условием   роста   и   отличает детский   организм   от   организма   взрослых,   у   которых   интенсивность метаболических процессов находится в состоянии динамического равновесия. Поэтому у детей значительно чаще, чем у взрослых, встречаются тяжелые нарушения   гомеостаза,   нередко   угрожающие   жизни.   Эти   нарушения   чаще всего   связаны   с   незрелостью   гомеостатических   функций   почек,   с 22 расстройствами   функций   желудочно­кишечного   тракта   или   дыхательной функции   легких.   Рост   ребенка,   выражающийся   в   увеличении   массы   его клеток, сопровождается отчетливыми изменениями распределения жидкости в организме. Абсолютное увеличение объема внеклеточной жидкости отстает от темпов общего нарастания веса, поэтому относительный объем внутренней среды, выраженный в процентах от веса тела, с возрастом уменьшается. Эта зависимость   особенно   ярко   выражена   на   первом   году   после   рождения.   У детей   старших   возрастов   темпы   изменений   относительного   объема   Важным   показателем, внеклеточной   жидкости   уменьшаются. характеризующим   гомеостаз   у   детей,   является   концентрация   водородных ионов   в   крови   и   внеклеточной   жидкости.   В   антенатальном   и   раннем постнатальном   периодах   регуляция   кислотно­щелочного   равновесия   тесно связана   со   степенью   насыщения   крови   кислородом,   что   объясняется относительным   преобладанием   анаэробного   гликолиза   в  биоэнергетических процессах. При старении организма существенно изменяется работа сердца,   секреция легочная   вентиляция, пищеварительных желез, функция желез внутренней секреции, обмен веществ   почечные   функции,   газообмен, и   др.   Изменения   эти   могут   быть   охарактеризованы   как   гомеорезис   — закономерная   траектория   (динамика)   изменения   интенсивности   обмена   и физиологических функций с возрастом во времени. Значение хода возрастных изменений   очень   важно   для   характеристики   процесса   старения   человека, определения его биологического возраста.В пожилом и старческом возрасте снижаются   общие   потенциальные   возможности   приспособительных механизмов.   Поэтому   в   старости   при   повышенных   нагрузках,   стрессах   и других ситуациях вероятность срыва адаптационных механизмов и нарушения гомеостаза   увеличиваются.   Такое   уменьшение   надежности   механизмов гомеостаза   является   одной   из   важнейших   предпосылок   развития патологических   нарушений   в   старости.     Таким   образом,   гомеостаз   –   это интегральное   понятие,   функционально   и   морфологически   объединяющее сердечнососудистую   систему,   систему   дыхания,   почечную   систему,   водно­ электролитный обмен, кислотно­щелочное равновесие. 23 3.Выводы В   заключение,   я   отмечаю,   что  цель   работы   достигнута,   действительно, используя   полученные   знания   на   уроках   биологии   и   химии,   я 24 проанализировать   человеческий   организм   как   химическую   структуру. Реферат показывает практическое значение знаний по химии и биологии для любого школьника. Подтвердилась и гипотеза исследования, я делаю главный вывод по реферату человеческий организм сложная химическая структура, состоящая   из   многих   химических   элементов,   поэтому   регуляция   жизненно важных   функций   осуществляется   на   уровне   определенных химических элементов (гомеостаз).    содержания   в   организме 1) Ананин  А., Ананина Е. Планета Арт Лайф. М.: Арт Лайф, № 4(5). 2003. 4. Литература. 28 с. 25 2) Аткинс Роберт Биодобавки доктора Аткинса. Природная альтернатива лекарствам при лечении и профилактике болезней. М.: Медком,     2000. 128 с. 3) Богданова Л.В Бухвалов В.А. Введение в антропоэкологию. М.: Дрофа, 1995.152с. 4) Буянова Н.Ю. Я познаю мир. М.:Медицина, 1997.206 с. 5) Добротина  Н.А. Швец И.М. Введение в экологию человека. М .:Человек и природа, природа самого человека, 1994.134 с. 6) Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии. М .:Арт Лайф, 1995.98 с. 7) Щелкунова А.Я. Я иду на урок биологии. М .:Арт Лайф, 2004.127 с.   8) Габриелян О.С. Химия 9 класс. М .: Дрофа, 2008.154 с. 9) А.В.Скальный     Химические   элементы   в   физиологии   и   экологии человека.М .:Просвещение,  2007. 264 с 10) А.В.Скальный,   И.А.   Рудаков   Биоэлементы   в   медицине. М.:Просвещение, 2009. 162 с.