Общая, теоретическая и неорганическая химия

Роль химических элементов в организме человека

Биологическая роль химических элементов в организ–ме человека чрезвычайно разнообразна.

Цель: воспитание у учащихсявалеологической и экологической культуры.

Задачи:

  1. Познакомить учащихся с биологической ролью и физиологическими свойствами химических элементов.
  2. Провести исследовательскую работу и мониторинг по определению и обеспеченности организма человека некоторыми макро-и микроэлементами.

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 сократительные функции и замедление ритма сердца. 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.

Наиболее известные яды

Из истории и художественной литературы известно, что в прошлом в качестве ядов злоумышленники широко использовали мышьяк, сулему, цианистый калий. Нужно сразу отметить, что в организм человека яды могут попасть не только по злому умыслу, но и в процессе своей профессиональной деятельности при нарушении условий труда и техники безопасности. Как уже было сказано, в малых количествах даже самые страшные яды могут быть полезны человеку и потому применяются в медицине. Яды также используют для борьбы с грызунами, для протравы семян и т.д. Полностью отказаться от ядов пока человек не может. Поэтому полезно знать их опасность, симптомы отравления и меры первой помощи.

Мышьяк попадает в организм чаще всего не в элементной форме, а в виде соединений. Хроническое отравление (при поступлении в организм в малых дозах, но в течение длительного времени) проявляется в раздражении слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Кроме того, появляется непроходящий насморк, кашель, конъюнктивит, кровохарканье, а в более тяжелых случаях присоединяются симптомы поражения центральной нервной системы. Соединения мышьяка оказывают раздражающее действие на кожу. При длительных действиях они могут вызвать образование злокачественных опухолей.

При остром отравлении, т.е. при попадании в желудок в большой дозе, появляется металлический привкус во рту, наблюдается затруднение глотания, вызывается рвота и проявляются сильные боли в животе с последующим поносом. При очень сильных отравлениях может развиться паралитическая форма – судороги различных мышц, потеря сознания, паралич сосудодвигательного и дыхательного центров.

Все эти симптомы вызваны тем, что соединения мышьяка являются сильными капилляротоксическими ядами. Они вызывают увеличение проницаемости сосудистых стенок и паралич капилляров. Кроме того, при отравлениях мышьяком нарушаются обмен веществ и функция центральной и периферической нервной системы.

Интоксикация кадмием вызывает головокружение, слабость, тошноту, желудочные боли, появление белка в моче, развитие трахеита, бронхита, отека легких, поражение печени, почек, сердца, нервной системы. Кадмий способен стимулировать развитие практически всех форм рака. Кадмий повышает кровяное давление.

В организме кадмий накапливается в почках (33%), печени (14%), легких (2%), а также костях, мозге, мышцах и коже .

Избыток ванадия. Основным источником поступления в атмосферу ванадия являются отходы от сжигания бензина и других нефтепродуктов. В организм человека попадает, в основном, с вдыхаемым воздухом.

При интоксикации у людей сначала возникает острая аллергическая реакция (насморк, слезотечение, сухость в горле), приводящая к бронхиальной астме. На втором этапе отравления развиваются заболевания крови, наблюдаются нарушения психики, возникают экземы. Ванадий нарушает процессы кроветворения, концентрируется в основном в печени, почках и костях (5).

Избыток никеля. Никель используют для получения высокопластичных и стойких к коррозии сплавов (с железом, хромом, медью и др.); для никелирования медицинских инструментов, деталей автомобилей, велосипедов, химической аппаратуры, изготовления аккумуляторов; в жировой и парфюмерной промышленности; для приготовления катализаторов; в производстве органических соединений.

Основные источники загрязнения окружающей среды никелем – предприятия, использующие в технологических процессах различные соединения никеля; тепловые электростанции, работающие на мазуте и каменном угле; автотранспорт.

Токсическое действие никеля проявляется при вдыхание никелевой пыли. Отмечаются носовые кровотечения, полнокровие зева и бронхов. Развивается "никелевая чесотка". Особенно токсичен карбонил никеля Ni(CO)4. При невысоких его концентрациях наблюдаются головные боли, при высоких - тошнота, рвота, одышка, повышение температуры по типу "литейной лихорадки", через 12-18 часов болезненность в правом подреберье, уробилин в моче, нарастание сердечной слабости, синюшность кожных покровов. Смерть наступает на 10-14 день при явлениях, вызываемых удушающими газами.

       До определенного содержания этих элементов организм не испытывает вредного воздействия, но при значительном увеличении концентрации они становятся ядовитыми.

3. Практическая часть. Оценка обеспеченности организма человека макро- и микроэлементами.

3.1 Оценка обеспеченности организма  школьника макроэлементами.

Оценка обеспеченности организма макроэлементами производилось путем анкетирования учащихся 9 классов  МОУ СОШ № 10 г. Таганрога.  Работа проводилась среди учащихся 9б, 9в и 9д классов нашей школы (60 человек). Мы выясняли обеспеченность учащихся следующими элементами: магнием, железом и кальцием. Для определения обеспеченности макроэлементами учащиеся отвечали на тестовые вопросы. Тесты были составлены на основании знаний о влиянии выбранных элементов на организм, продуктах, содержащих эти элементы и заболеваниях, возникающих при гипо- или гиперэлементозе. Тестов было три: на обеспеченность магнием,  кальцием и обеспеченность железом. На вопросы ученики давали ответы «да» или «нет». Если на большинство вопросов учащиеся ответили «нет», то их организм в достаточной степени обеспечен макроэлементами.

Ниже представлены результаты анкетирования: 

Тест на обеспеченность магнием.

Вопрос

Да (чел.)

%

Нет (чел.)

%

Часто ли у вас бывают судороги (в частности, ночные судороги икроножных мышц)?

6

10

54

90

Страдаете ли вы болями в сердце, учащенным сердцебиением, сердечной аритмией?

11

18

49

82

Часто ли у вас случается  защемление нервов, например, в области спины?

2

3

58

97

Часто ли вы ощущаете онемение, например, в руках?

17

28

43

72

Часто ли вам угрожают стрессовые ситуации?

18

30

42

70

Регулярно ли вы употребляете алкогольные напитки?

0

0

60

100

Много ли вы занимаетесь спортом?

42

70

18

30

Предпочитаете ли вы белый хлеб и изделия из белой муки?

53

88

7

12

Редко ли вы употребляете в пищу салат и зеленые овощи?

16

27

44

73

При покупке минеральной воды обращаете ли вы внимание на содержание в ней магния?

2

3

53

97

Вопрос

Да (чел.)

%

Нет (чел.)

%

Часто ли у вас бывают судороги (в частности, ночные судороги икроножных мышц)?

6

10

54

90

Страдаете ли вы болями в сердце, учащенным сердцебиением, сердечной аритмией?

11

18

49

82

Часто ли у вас случается  защемление нервов, например, в области спины?

2

3

58

97

Часто ли вы ощущаете онемение, например, в руках?

17

28

43

72

Часто ли вам угрожают стрессовые ситуации?

Бурая морская водоросльВо всех морепродуктахМорская водаМорковьЛукСвеклаЧистотел

Содержание меди в продуктах:
Перец сладкий красныйГречневая крупаШоколадМорская рыбаЦитрусовыеКакао
Пшеничные зародышиПшенная, ячневая крупаФундукМидииКрыжовникКофе
Пшеничные отрубиТоматыКунжутКрильЧеремухаГрибы
Семена подсолнечникаПивные дрожжиГрецкий орехЯйца, творогРябинаГруша
Мясо и субпродуктыЗемляника леснаяБобовыеМорковьЯблокиРедис
Смородина чернаяСемена тыквыКапустаОгурцыШиповникСвекла

Наверх

Содержание магния в продуктах:

Итак, синергия (положительное взаимодействие) витаминов и микроэлементов важна для поддержки здоровья нашего организма, грамотного лечения возникающих заболеваний.

Недостаток микроэлементов

Интересно, что для правильного питания необходимо соблюдать баланс между количеством потребляемого фосфора и кальция: 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 серосодержащих аминокислот, входит в состав фермента глутатионпероксидазы, предохраняющего гемоглобин крови от окисления пероксидами. Недостаток селена в организме человека приводит к ослаблению его иммунной защиты (больше всего селена – около 0,2–0,3 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.

Одним из основных элементов, составляющих основу жизни любого живого организма, является кислород, широко распространённый в природе. В свободном виде он содержится в воздухе (21% по объёму), в составе различных соединений (оксидов, солей) – в земной коре (47%). Самым известным его соединением является вода. Подсчитано, что в организме человека массой 70 кг 43 кг приходится на атомы кислорода. Взрослый человек за сутки потребляет в среднем 100 л кислорода

2. Примесные элементы

Имеется большое число химических элементов, особенно среди тяжелых, 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 определенных функциональных групп (в частности, сульфгидрильных) протеина или же с вытеснением из некоторых ферментов ионов металлов, например меди и цинка. Такие элементы, как бериллий, никель, палладий, серебро, кадмий, мышьяк, селен, сурьма, теллур, платина, золото, барий, таллий, свинец, висмут, ртуть называют примесными. Их диаграмма доза – эффект имеет другую форму по сравнению с жизненно необходимыми (рис. 2). До определенного 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.

Избыток - наблюдаются головные боли, исхудание, воспалительные изменения слизистой желудка и кишечника. Хромовые соединения вызывают различные кожные заболевания, дерматиты и экземы, протекающие остро и хронически и носят пузырьковый, папулезный, гнойничковый или узелковый характер.

Фтор

Основная роль в организме – участие в костеобразовании и процессах формирования дентина и зубной эмали. Также фтор стимулирует кроветворную систему и иммунитет, участвует в развитии скелета, стимулирует репаративные процессы при переломах костей. Предупреждает развитие сенильного остеопороза.

Недостаток – выражается в резком учащении заболеваний зубным кариесом.

Широко используются различные элементы и их сое–динения в качестве лекарственных средств.

Влияние "тяжелых" металлов на живые организмы весьма разнообразно. Это обусловлено, во-первых, химическими особенностями металлов, во-вторых, отношением к ним организмов и, в-третьих, условиями окружающей среды.

Уже сейчас во многих регионах мира окружающая среда становится все более "агрессивной" с химической точки зрения. В последние десятилетия основными объектами биогеохимических исследований стали территории промышленных городов и прилегающих к ним земель, особенно если на них выращиваются, а затем используются в пищу сельскохозяйственные растения.

Современные научные данные о биологической роли изученных химических элементах, их метаболизме в организме человека, суточных нормах потребления, содержании химических веществ в продуктах питания представлены в отдельных статьях, описывающих каждый химический элемент. В статьях представлены также данные о дефицитных состояниях, развивающихся при недостаточном потреблении данных химических веществ, а также реакция организма на избыточное потребление нутриентов.

  • Условно-необходимые элементы 

Поделиться статьей

Комментарии

Комментариев еще не оставлено
В случае ответов Вам придет уведомление