Хімічні елементи в організмі людини і тварин

) – ответная реакция ( R , эффект) – рис. Характерною ознакою необхідного елемента є колоколообразний вигляд кривої доза (n) - ​​відповідна реакція (R, ефект) - рис. 1.

Рис. 1. Залежність відповідної реакції (R) від дози (n) для життєво необхідних елементів

При малому надходженні цього елемента організму завдається суттєвої шкоди. Він функціонує на межі виживання. В основному це пояснюється зниженням активності ферментів, до складу яких входить цей елемент. При підвищенні дози елемента відповідна реакція зростає і досягає норми (плато). При подальшому збільшенні дози виявляється токсична дія надлишку даного елемента, в результаті чого не виключається і летальний результат. Криву на рис. 1 можна трактувати так: все має бути в міру і дуже мало і дуже багато шкідливо. Наприклад, нестача в організмі заліза призводить до анемії, тому що воно входить до складу гемоглобіну крові, а точніше, його складової частини - тема. У дорослої людини в крові міститься близько 2,6 г заліза. У процесі життєдіяльності в організмі відбуваються постійний розпад і синтез гемоглобіну. Для заповнення заліза, втраченого з розпадом гемоглобіну, людині необхідно добове надходження в організм з їжею в середньому близько 12 мг цього елемента. веке в некоторых европейских странах при малокровии прописывали настой железных опилок в красном вине. Зв'язок анемії з недоліком заліза була відома лікарям давно, оскільки ще в XVII столітті в деяких європейських країнах при недокрів'ї прописували настій ошурки в червоному вині. Однак надлишок заліза в організмі теж шкідливий. З ним пов'язаний сідероз очей і легенів - захворювання, що викликаються відкладенням сполук заліза в тканинах цих органів. Головний регулятор вмісту заліза в крові - печінку.

Недолік в організмі міді призводить до деструкції кровоносних судин, патологічного росту кісток, дефектів у сполучних тканинах. Крім того, вважають, що дефіцит міді служить однією з причин ракових захворювань. У деяких випадках ураження легень на рак у людей похилого віку лікарі пов'язують з віковим зниженням вмісту міді в організмі. Однак надлишок міді в організмі призводить до порушення психіки і паралічу деяких органів (хвороба Вільсона).

Людині заподіюють шкоду лише відносно великі кількості з'єднань міді. У малих дозах їх використовують в медицині як в'яжучий і бактеріостазное (затримує ріст і розмноження бактерій) засіб. ) применяют при лечении конъюктивитов 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 камфоры). Так, наприклад, сульфат міді (II) застосовують при лікуванні кон'юктивіту у вигляді очних крапель (25%-ний розчин), а також для припікання при трахомі у вигляді очних олівців (сплав сульфату міді (П), нітрату калію, квасцов і камфори) . ). При опіках шкіри фосфором проводять її рясне змочування 5%-ним розчином сульфату міді (II). Вона має на організм багатогранно діє, впливає на розвиток, відтворення, гемоглобінообразованіе і на активність лейкоцитів. Мідь є переносником кисню при утворенні пігментів. У регіонах з нестачею міді в грунті відзначається анемія сільськогосподарських тварин. Дефіцит міді призводить до разупорядоченія сполучної тканини кровоносних судин внаслідок блокування зв'язків між колагеном і еластином у свиней, індиків. Надлишок міді у тварин викликає ураження печінки і розвиток жовтяниці, у людини - гострий панкреатит, виразку дванадцятипалої кишки, бронхіальну астму, гіперкупремію та ін Токсичність міді проявляється у здатності її блокувати SH - групи білків, особливо ферментів, підвищувати проникність мембрани мітохондрій. Білки, до складу яких входить мідь, впливають на вуглеводний обмін, синтез жирів, утворення вітамінів P і B. Щоденна потреба в міді для людини становить близько 2 - 3 мг. Особливо багаті цим елементом молоко і дріжджі. Однак у великих кількостях сполуки міді шкідливі: прийом всередину 2г мідного купоросу може призвести до смерті.

Життєво необхідні елементи натрій і калій функціонують в парі. Надійно встановлено, що всім живим організмам притаманне явище іонної асиметрії - нерівномірний розподіл іонів всередині і поза клітиною. Наприклад, усередині клітин м'язових волокон, серця, печінки, нирок є підвищений вміст іонів калію в порівнянні з позаклітинним. Концентрація іонів натрію, навпаки, вище поза клітини, ніж усередині її. Наявність градієнта концентрацій калію і натрію - експериментально встановлений факт. Цікаво, що в міру старіння організму градієнт концентрацій іонів калію і натрію на кордоні клітин падає. При настанні смерті концентрації калію і натрію всередині і поза клітини відразу ж вирівнюються. В організмі людини міститься в середньому близько 140 г калію і близько 100 р. натрію. З їжею ми щодня споживаємо від 1,5 до 7 г іонів калію і від 2 до 15 г іонів натрію. Потреба в іонах Na настільки велика, що їх необхідно спеціально додавати в їжу (у вигляді кухонної солі). Значна втрата іонів натрію (вони виводяться з організму з сечею і потім) несприятливо позначається на здоров'я людини. Тому в спекотну погоду лікарі рекомендують їсти більше солоного. Однак і надмірний вміст їх у їжі викликає негативну реакцію організму, наприклад підвищення артеріального тиску. Біологічна функція інших лужних металів в здоровому організмі поки неясна. Однак є свідчення, що введенням в організм іонів літію вдається лікувати одну з форм маніакально-депресивного психозу. У табл. 2 представлені інші життєво необхідні елементи.

Таблиця 2. Характерні симптоми дефіциту хімічних елементів в організмі людини

Необхідно також відзначити значення таких елементів, як магній, стронцій, фосфор, селен, йод, хром, цинк, і звичайно, кисень.

Магній присутній в тваринних і рослинних організмах. У тілі людини в середньому міститься 19 г магнію. Особливо він необхідний рослинам, тому що є складовою частиною хлорофілу.

Сполуки магнію беруть участь у формуванні кісток, у регуляції роботи нервової тканини, обміні речовин. Щодня людині потрібно приблизно 300 - 400 мг цього елемента. Він потрапляє в наш організм з хлібом, в 100 г якого міститься 90 мг магнію, крупою (в 100 г вівсяної крупи - 116 мг магнію). У молочних продуктах цей елемент присутній у легко засвоювання формі - у вигляді розчинного у воді цитрату магнію (солі лимонної кислоти). Особливо багаті магнієм горіхи: на 100 р. припадає до 230 мг цього елемента.

З їжею та питною водою людина щодня отримує близько 15 - 20 мг стронцію. У більшій кількості сполуки цього елемента шкідливі для здоров'я. Іони стронцію здатні заміщати в кістках іони кальцію, що призводить до різних захворювань. Тому гранично допустима концентрація іонів Sr у питній воді - 7 мг / л.

У вигляді фосфатів кальцію фосфор присутній в кістках людини і тварин. У тілі людини масою 70 кг міститься близько 780 р. фосфору. Входить він і до складу білків, фосфоліпідів, нуклеїнових кислот; сполуки фосфору беруть участь в енергетичному обміні (аденозинтрифосфорная кислота, АТФ). Щоденна потреба людського організму у фосфорі становить 1,2 р. Основна його кількість ми споживаємо з молоком і хлібом (у 100 р. хліба - приблизно 200 мг фосфору). Найбільш багаті фосфором риба (180 мг на 100 г. продукту), квасоля (540 мг на 100 г. продукту), деякі види сиру (до 600 мг на 100 г. продукту).

Цікаво, що для правильного харчування необхідно дотримувати баланс між кількістю споживаного фосфору і кальцію: оптимальне співвідношення цих елементів в їжі становить 1,5: 1. Надлишок багатою фосфором їжі призводить до вимивання кальцію з кісток, а при надлишку кальцію розвивається сечокам'яна хвороба.

В організмі людини міститься також близько 14 мг селену. Він відноситься до числа важливих мікроелементів - стимулює синтез сірковмісних амінокислот, входить до складу ферменту глутатіонпероксидази, що оберігає гемоглобін крові від окислення пероксидами. Недолік селену в організмі людини призводить до послаблення його імунного захисту (найбільше селену - близько 0,2-0,3 мг / кг - міститься у м'ясі і сирі). Однак надлишок цього елемента шкідливий - він веде до отруєння, одним із симптомів якого є випадання волосся.

В організмі людини міститься від 12 до 20 мг йоду, причому більша його частина сконцентрована в щитовидній залозі у складі білка тиреоглобуліну, відповідального за синтез деяких гормонів. При нестачі йоду у дітей та дорослих розвиваються важкі захворювання, такі як базедова хвороба. Щоб уникнути цього в місцевостях з пониженим вмістом йоду в грунті та повітрі в продаж надходить йодована кухонна сіль, що містить добавки иодида (KI) або иодата (KIO3) калію, а також різні харчові добавки (пивні дріжджі, висівки). Молекули йоду володіють унікальною здатністю проникати в організм навіть через непошкоджену шкіру. Тому настоянку йоду застосовують і для лікування внутрішньошкірних запалень.

В організмі дорослої людини міститься всього близько 6 мг хрому. Багато сполуки цього елемента (особливо хромати і Біхромати) токсичні, а деякі з них є канцерогенами, тобто здатні викликати рак. Вміст цинку, що входить до складу більше 40 ферментів, що регулюють вуглеводний та енергетичний обмін у клітинах становить 2,3 грама в організмі людини і тварин.

Одним з основних елементів, що складають основу життя будь-якого живого організму, є кисень, широко поширений в природі. У вільному вигляді він міститься в повітрі (21% за обсягом), у складі різних з'єднань (оксидів, солей) - в земній корі (47%). Найвідомішим його з'єднанням є вода. Підраховано, що в організмі людини масою 70 кг 43 кг доводиться на атоми кисню. Дорослий чоловік за добу споживає в середньому 100 л кисню

2. Домішкові елементи

Є велика кількість хімічних елементів, особливо серед важких, які є отрутами для живих організмів, - вони надають несприятливий біологічний вплив. У табл. 3 наведені ці елементи відповідно до Періодичної системою Д.І. Менделєєва. За винятком берилію і барію, ці елементи утворюють міцні сульфідні сполуки. Існує думка, що причина дії отрут пов'язана з блокуванням певних функціональних груп (зокрема, сульфгідрильних) протеїну або ж з витісненням з деяких ферментів іонів металів, наприклад міді і цинку. Такі елементи, як берилій, нікель, паладій, срібло, кадмій, миш'як, селен, сурма, телур, платина, золото, барій, талій, свинець, вісмут, ртуть називають домішковими. Їх діаграма доза - ефект має іншу форму в порівнянні з життєво необхідними (рис. 2). До певного змісту цих елементів організм не відчуває шкідливого впливу, але при значному збільшенні концентрації вони стають отруйними.

Зустрічаються елементи, які у відносно великих кількостях є отрутами, а в низьких концентраціях надають корисний вплив. Наприклад, миш'як - сильна отрута, що порушує серцево-судинну систему і який вражає нирки і печінку, в невеликих дозах корисний, і лікарі прописують його для поліпшення апетиту. Кисень, необхідний людині для дихання, у високій концентрації (особливо під тиском) надає отруйну дію.

З цих прикладів видно, що концентрація елемента в організмі відіграє дуже істотну, а часом і катастрофічну роль. Серед домішкових елементів є і такі, які у малих дозах володіють ефективними лікуючими властивостями. Так, давно було помічено бактерицидну (що викликає загибель різних бактерій) властивість срібла і його солей. Наприклад, в медицині розчин колоїдного срібла (колларгол) застосовують для промивання гнійних ран, сечового міхура, при хронічних циститах і уретітах, а також у вигляді очних крапель при гнійних кон `юнктивіт і бленореї. Олівці з нітрату срібла застосовують для припікання бородавок, грануляцій. У розведених розчинах (0,1-0,25%) нітрат срібла використовують як в'яжучий і протимікробний засіб для примочок, а також в якості очних крапель. Вчені вважають, що припікальне дію нітрату срібла пов'язано з його взаємодією з білками тканин, що призводить до утворення білкових солей срібла - альбуминатов. Срібло поки не відносять до життєво необхідних елементів, проте вже експериментально встановлено його підвищений вміст в мозку людини, в залозах внутрішньої секреції, печінки. В організм срібло надходить з рослинною їжею, наприклад з огірками і капустою.

Важкі метали (свинець, мідь, цинк, миш'як, ртуть, кадмій, хром, алюміній і ін) в микроколичествах необхідні організму і в основному вони знаходяться в активних центрах коферментів. Особливо небезпечні металлорганические з'єднання, тому що вони набагато краще проходять бар'єри всередині організму. Деякі метали, наприклад, свинець, стронцій, ітрій, кадмій заміщають в організмі кальцій, а це призводить до крихкості кісток.

Кадмій накопичується в нирках, бере участь у кількох ферментативних реакціях. У мізерно малих кількостях кадмій здатний стимулювати гостроту зору, активізувати серцево-судинну діяльність, регулювати вміст цукру в крові. Однак незначне підвищення рівня кадмію в крові негативно позначається на діяльності головного мозку. Кадмій є антагоністом цинку, селену сприяє також порушення обміну заліза в організмі тварин. Кадмій підвищує кров'яний тиск і відіграє значну роль у виникненні та розвитку інсультів і онкологічних захворювань.

Мідь має на організм багатогранне дію, впливає на ріст, розвиток, відтворення, гемоглобінообразованіе і на активність лейкоцитів. Є переносником кисню при утворенні пігментів У регіонах з нестачею міді в грунті відзначається анемія сільськогосподарських тварин. Дефіцит міді призводить до разупорядоченія сполучної тканини кровоносних судин у свиней, індиків. Надлишок міді у тварин викликає ураження печінки і розвиток жовтяниці, у людини - гострий панкреатит, виразку дванадцятипалої кишки, бронхіальну астму, гіперкупремію та ін

Свинець здатний накопичуватися в кістках, печінці, нирках. При отруєннях тварин свинцем відзначають в перші години підвищену активність і безсоння, а в подальшому стомлюваність, депресії, Пізнішими симптомами є розлади функції нервової системи і ураження головного мозку. У медичній практиці свинцеве отруєння часто діагностують і лікують як психогенне захворювання. Встановлено, що вздовж автомобільних доріг вміст свинцю набагато вище. З віддаленням від доріг на відстані 220 м в обидва боки концентрація свинцю в грунті знижується від 60 мг / кг до 30 мг / кг. У крові корів і буйволів концентрація свинцю відповідно становить 1,62 ± 0,38 мг / л і 0,86 ± 0,23 мг / л.

Хром концентрується у волоссі та нігтях, менше в гіпофізі, надниркових, підшлунковій залозі, легенях, скелетних м'язах і тонких кишках. Щодобове надходження хрому до 0,05-0,2 мг вважається нормою для людини. З їжею в організм людини надходить до 150 мкг хрому на добу, а з водою від 10 до 40 мкг. Він бере участь в процесах обміну глюкози в організмі. Є кофактором інсуліну. Виявлено, що у людини надлишок хрому викликає ряд метаболічних зрушень: зниження толерантності до глюкози, ослаблення метаболізму вуглеводів, підвищення інсуліну в крові, глюкозурія, гіперглікемія, а також затримку росту і підвищення рівня холестерину і тригліцеридів у сироватці крові, збільшення числа атеросклеротичних бляшок в аорті . Інтоксикація хромом призводить до периферичної невропатії, до порушення діяльності нервової системи, знижує здатність до запліднення. Перевищення МДУ хрому у всіх органах диких і сільськогосподарських тварин виявлено в Центрально-чорноземному районі Росії. Недолік в організмі хрому проявляється у пригніченні росту, скорочення тривалості життя, порушенні обміну глюкози, ліпідів, білка.

Кількість біологічно активних хімічних елементів в організмах тварин і тканинах в основному залежить від їх місця проживання і особливостей споживання кормів.

У більшості випадках сільськогосподарські тварини страждають від дефіциту і незбалансованості мікроелементів. При вмісті важких металів у грунті вище допустимих норм відзначають підвищення надходження зазначених металів у раціони і відповідно в продукцію тваринництва, погіршення якості сільськогосподарської продукції. Наприклад, у приміських господарствах при вмісті в раціоні важких металів-свинцю, нікелю, хрому та фтору в 2-7 разів вище ГДК вміст їх у молоці виявилося в 1,25-2 рази вище допустимих. У Вологодській області через брак селену при надлишку заліза, марганцю, кадмію зазначено надходження молока на молокозаводи з низькою титруемой кислотністю. Основною причиною є викиди підприємств Череповецької промислової зони. Наявність важких металів впливає на якість сиру, при цьому порушується технологія виробництва. Зокрема, погіршується його смак і запах стає нечистим, сир легко кришиться, сир стає мажучі. У овець, що розводяться в промисловій зоні Іраку, наголошується депонування в організмі ртуті, кадмію та свинцю. У п'ятирічних овець вміст ртуті і кадмію у м'язах вище МДУ (максимально допустимого рівня). У овець, що розводяться в сільськогосподарських районах Іраку, вміст важких металів у тканинах і органах опинилися в 2-7 разів менше, ніж у тварин, що розводяться у промисловій зоні.

3. Метод корекції мінерального обміну в організмі людини

Життя, функції і структура кожної клітини на Землі залежать від дії хімічних елементів. З існуючих в природі 110 елементів більше 13 не мають жодного значення для функціонування живих організмів, зате 81 елемент більшою чи меншою мірою бере участь і в побудові живого організму, і в процеси, в ​​ньому відбуваються. Основним будівельним матеріалом є чотири елементи: вуглець, водень, кисень і азот, а інші, часто перебуваючи зовсім в мікроскопічних кількостях в організмі, впливають на здоров'я, і дефіцит або надлишок будь-якого елементу часто є причиною того чи іншого захворювання.

Виявляється, що можна скласти елементний портрет будь-якої людини, який строго відповідає статтю, віком, конституції, темпераменту і, звичайно, способу життя. Елементний «портрет» - це той хімічний склад, тобто вміст макро-і мікроелементів, який ми «носимо» у собі. І якщо в нашому житті (організмі) відбуваються якісь зміни, то вони зачіпають і наш елементний склад, який дуже швидко реагує на будь-які колізії.

Точний діагноз стресу, який часто є причиною захворювання, можна, виявляється, встановити по спектральному складу волосся. Концентрація всіх хімічних елементів, які тільки є в нашому організмі, значно вище у волоссі, ніж у таких звичних для аналізу біологічних рідинах, як кров і сеча. Крім того, волосся концентрують у собі практично всі хімічні елементи, які містяться у нашому організмі. Наприклад, якщо за сироваткою крові достовірно вдається отримати дані про 6-8 елементах, то волосся «видають» інформацію про 20-30 елементах. Всі аналізи проводять за допомогою плазмового спектрометра. Результати аналізу обробляються на комп'ютері, який витягує зі своєї пам'яті відомості про середню для здорової людини даної статі і віку нормі макро-і мікроелементів, порівнює з ними елементний склад волосся пацієнта і оцінює відхилення у мінеральному складі. У першу чергу визначається зміст таких життєво важливих елементів, як кальцій, калій, залізо, мідь, магній, цинк, тому що функції їх надзвичайно важливі для нашого організму, так як вони відповідають за синтез багатьох важливих ферментів і гормонів, входять до складу пігментів, вітамінів, білкових комплексів.

За зазначеною дисбалансу ставиться попередній діагноз, потім визначається програма лікування, спрямована на усунення дефіциту відсутнього елемента і виведення з організму шкідливих або містяться в надлишку речовин. Така корекція мінерального обміну організму може проводитися двома шляхами: 1) складання спеціальної дієти з включенням продуктів, які містять в значних кількостях елементи, необхідні для нормальної життєдіяльності вашого організму (причому дієта повинна складатися тільки фахівцями); 2) прийом різних препаратів, що містять мікроелементи. Вирішення такої проблеми, як корекція елементного «портрета», повинно проводитися з урахуванням того, що вміст у харчових продуктах або воді необхідних макро-і мікроелементів у величезній мірі залежить від так званого локального біогеохімічного кругообігу хімічних елементів. Як правило, початок дефіциту елементів закладає грунт. Вона ж є першою ланкою в харчовому ланцюзі: грунт - рослина - тварина - людина. Тому проблема корекції мінерального дисбалансу нашого організму виливається в більш велику і масштабну проблему.

4. Хімічний склад крові

Незважаючи на те, що хімічні елементи містяться в організмі в незначних кількостях (у міліграмах, а іноді і в микрограммах), роль їх велика. Зміна змісту навіть одного елемента може призвести іноді до важких захворювань. Ось, наприклад, як позначається на нашому організмі дефіцит магнію. Часто дефіцитом магнію просто нехтують, оскільки він не пов'язаний зі специфічними синдромами, але тим не менше при його нестачі кров насичується кальцієм, який часто відкладається в нирках, що призводить до утворення каменів. Важливе значення має магній і для нормальної роботи серцево-судинної системи. Вчені провели порівняльний аналіз хімічного складу плазми крові і води Мертвого моря, яке існує вже 15000 років. Об'єм води в Мертвому морі становить 110 куб. км і в ній розчинено 50 млрд. тонн мінеральних речовин. У складі розчинених солей знаходиться 21 мінерал. Мертве море розташоване в найглибшій частині Йордано - Аравійського грабена, який є частиною африканської системи розлому земної кори, і має багато незвичайних геохімічних якостей. Його вода має гранично високу солоність, його хімічний склад унікальний. Порівняння між хімічним складом води Мертвого моря і його басейну з іншими озерами й океаном показує, що середня солоність води Мертвого моря становить 31.5%. ₄ очень низкая, а брома, 5920 мг на литр, рекордно высокая на всей водной поверхности Земли. Концентрація іонів SO ₄ дуже низька, а брому, 5920 мг на літр, рекордно висока на всій водній поверхні Землі. Більшість іонів кальцію в Мертвому морі і його басейні врівноважуються хлоридами.

Хімічний склад води Мертвого моря (в мг / л)

Звертає на себе увагу високий вміст брому - 5920 мг в 1 літрі морської води. Тому в ході лікування на курортах Ізраїлю, у хворих зростає вміст брому в крові в 2-3 рази. У кінцевому підсумку, хімічний склад плазми крові та морської води виявляється дуже подібним, що дозволяє збагачувати кровоносне русло організму людини відсутніми хімічними елементами; за допомогою такого збагачення відтворити умови, подібні з еволюційними і, отже, найкращі для розвитку здорових клітин.

Висновок

Незважаючи на те, що хімічні елементи містяться в організмі в незначних кількостях (у міліграмах, а іноді і в микрограммах), роль їх велика. Важка екологічна ситуація, зростання стресових ситуацій, методи обробки продуктів харчування, що «вбивають» біологічно активні речовини, - ось далеко не повний перелік причин повсюдного зростання дефіциту життєво важливих елементів і надлишку токсичних, що завдають непоправної шкоди здоров'ю. Жителі великих міст страждають від надлишку в організмі таких важких металів, як свинець, миш'як, кадмій, ртуть, хром, нікель. Особливо схильні до цього негативного впливу діти. Важкі метали небезпечні для здоров'я. Наприклад, накопичення ртуті в організмі йде непомітно, тому ртуть так і підступна, що при отруєнні нею не з'являється будь-яких конкретних симптомів. Ртуть, як правило, в організмі людини (та й тварин теж) накопичується потроху, але у тих, хто живе в районах підприємств, що забруднюють повітря отруйними речовинами, вона накопичується у величезній кількості. Таким чином, кожен хімічний елемент вносить свою лепту в стан нашого організму. І якщо цього елементу в організмі у надлишку або, навпаки, його не вистачає, то людина починає скаржитися на різного роду нездужання. Дуже часто відбуваються зміни і в зовнішньому вигляді: волосся стає тьмяним, з посіченими кінцями, нігті слабкі і ламаються, шкіра набуває землистого відтінку, втрачає свою пружність. Здоровий організм сам здатний регулювати вміст окремих елементів. При наявності вибору (їжі і води) тварини інстинктивно можуть вносити внесок в це регулювання. Можливості рослин у даному процесі обмежені. Свідоме регулювання людиною змісту мікроелементів в грунті, продуктів харчування, є однією з найважливіших завдань, що стоять перед сучасною наукою.

Список літератури

1. Кукушкін Ю.М. Хімічні елементи в організмі людини / / Соросівський освітній журнал, 1998, № 5.

2. Енциклопедія. Том 17. Хімія / Глав. редактор В.А. Володін. - М., 2002.

3. Василенко Ю.К. Біологічна хімія: Підручник для фармацевтичних інститутів і фармацевтичних факультетів медичних інститутів. - М.: Вища школа, 1978.