2.3 Вторая группа периодической системы. подгруппа
реклама
Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова А.П.Бондаренко, А.А.Калиева БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ И ЗДОРОВЬЕ Учебно-методическое пособие для студентов естественных специальностей Павлодар 1 УДК 550.47 (075.8) ББК 28.080.3я73 Б81 Рекомендовано заседанием кафедры «Экология» Биолого_химического факультета ПГУ им. С. Торайгырова Рецензенты: доктор биологических наук, профессор Базарбеков К.У. Б81 Бондаренко А.П., Калиева А.А. Биогеохимический потенциал и здоровье: учебно-методическое пособие. — Павлодар, 2008. — 125 с. — Ч.3. В данном пособии кратко показаны значение различных концентраций химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева на здоровье человека. Учебное пособие рекомендуется студентам естественных специальностей. УДК 550.47 (075.8) ББК 28.080.3я73 Бондаренко А.П., Калиева А.А. 2008 Павлодарский государственный университет им С. Торайгырова, 2008 2 Введение В предыдущих главах было рассмотрено происхождение химических элементов, их распространению в космических объектах и различных элементах биосферы, уделено внимание их химическим свойствам и влиянию на живые объекты. Третья часть посвящена действию химических элементов на здоровье человека. Рассматривается влияние недостатка или избытка поступления того или иного элемента в организм, способы реабилитации в случае негативного влияния химического элемента. К сожалению, мы в недостаточной степени способны учитывать потоки большинства простых, но биологически важных, химических элементов в организме. Зачастую мы просто констатируем, что нарушен обмен веществ, однако далеки от полной картины, происходящего. Относительно простые химические элементы выполняют в организме различные функции, обеспечивая постоянство внутренней среды, в том числе – кислотно-щелочной баланс, осмотической давление, буферные функции, участвуют в работе многих ферментов, в процессах секреции, кровообразования, скелетообразования. Без них были бы невозможны сокращения мышц, проведение нервного импульса, внутриклеточное дыхание и многие другие функции живого организма. Здоровье человека напрямую зависит от свойств вмещающего ландшафта, его особенностей, способностью обеспечить организм необходимым: элементами структуры, энергией и условиями среды. Для нормальной жизнедеятельности человеку необходимо более 90 биологически активных веществ, в числе которых 8 незаменимых аминокислот, 16 витаминов, три полиненасыщенные жирные кислоты и около 60 минералов, которые должен включать в себя рацион питания. Рассмотрение химических элементов в данном пособии соответствует их расположению в таблице периодической системы элементов Д. Менделеева. Вначале рассматриваются элементы, расположенные в главных подгруппах системы, а затем, в том же порядке, элементы побочных подгрупп. 3 1 Химические элементы. Жизнь и здоровье Важнейшее свойство сельскохозяйственной продукции способность удовлетворять потребностям организма в энергии и элементах питания. В первую очередь это аминокислоты, особенно незаменимые, жирные кислоты, углеводы, витамины, макро, микро и ультрамикро элементы. Количественный и качественный состав белков и липидов определяются на уровне товарного производства, но содержание в продуктах сельскохозяйственного производства элементов минерального питания определяется только в условиях их общего дефицита. Биотехнологии, разрабатываемые в настоящее время, должны способствовать изменениям к подходу в этом вопросе. Особенностью современных исследований в области биогеохимической экологии является их комплексный характер, направленный на решение экологических проблем, обусловленных преимущественно техногенными факторами. Наряду с этим проводятся исследования состояния природных объектов (почвы, воды, воздуха), естественно обогащенных различными химическими элементами и потому представляющих опасность для роста и развития растений, животных, человека. Их итогом стали биогеохимическое районирование территорий и выделение провинций с неблагоприятным содержанием (соотношением) химических элементов в звеньях пищевых цепочек, предложения по устранению или уменьшению негативного влияния природной обстановки на живые организмы. Для каждого типа изверженных горных пород, для каждой осадочной формации характерно преимущественное содержание определенных элементов. даже в условиях однородного климата содержание элементов в почвах, водах и растительности будет различаться в зависимости от состава горных пород, распространенных в ландшафте. Менее очевидна в ландшафте роль редких и рассеянных элементов, не образующих, как правило, собственных минералов и не выявляемых в организмах, почвах и водах обычными химическими анализами. Лишь в последнее время (20-30лет) было установлено, что многие из них в том или ином количестве всегда содержатся в растениях и животных, на развитие которых они оказывают большое влияние. В процессе длительной эволюции в условиях конкретной географической среды организмы приспособились к определенным концентрациям химических элементов в почвах и поверхностных 4 водах и атмосфере, в связи с чем, значительные отклонения от этих величин оказывают существенное влияние на биохимические процессы. По микроэлементному составу различают 3 вида почв: почвы с оптимальным для большинства живых организмов микроэлементным составом, с избыточным и с недостаточным содержанием необходимых элементов. Такие территории, характеризующие нормальным, избыточным или недостаточным микроэлементным составом называют (см. первую главу) биогеохимическими провинциями. Существуют провинции с недостаточным содержанием фтора, такие территории эндемичны по кариесу. Провинции с избыточным содержанием фтора эндемичны по флюорозу. В провинциях с недостаточным содержанием иода - регистрируется эндемический зоб и базедова болезнь. Существуют также природные территории на которых отмечается различные другие болезни, связанные с несбалансированностью элементов минерального питания. Микроэлементы содержатся в почвах, породах, природных водах, живых организмах в очень малых количествах, но выполняют важнейшие функции инициаторов и активаторов биохимических процессов. Карты биогеохимического районирования позволяют оптимизировать экологическую ситуацию путем использования микроудобрений, подкормок и медицинских препаратов. К микроэлементам обычно относят Li, B, F, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Rb, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, I, Cs, W, Au, Bi. Многие другие элементы, также содержащиеся в малых количествах в организме, нередко относят к токсичным элементам, таковы ртуть, свинец, кадмий. Несмотря на это, стоит подчеркнуть, что и необходимые микроэлементы, когда их содержание превышает оптимум, могут стать токсичными (так же, между прочим, как и макроэлементы), а токсичные элементы при очень малых концентрациях не оказывают вредного воздействия на живые организмы, то есть негативное влияние оказывают не элементы, а их концентрации. Преобладающая часть содержащихся в почве микроэлементов растениям недоступна. Подвижные соединения Cu, Co, Mn (то есть доступные растениям) составляют только 10-25% общего количества, для Zn и Mo их доля еще меньше, иногда до 1%. Одна из причин заключается в том, что значительная часть их входит в состав почвенных минералов, а они медленно подвергаются выветриванию, что препятствует усваиванию элементов питания растениями. Экспериментально доказано, что микроэлементы необходимы для 5 многих важнейших биохимических процессов, недостаток элементов замедляет эти процессы и даже останавливает их. Для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы Mo, Fe, V, Co, W, B, Mn, Zn, в синтезе белков участвуют Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, в кроветворении - Co, Cu, Mn, Ni, Zn, в дыхании - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Поэтому микроэлементы нашли широкое практическое применение в качестве микроудобрений для полевых культур, подкормок в животноводстве, птицеводстве, рыбоводстве. Борные удобрения применяют больше всего под сахарную свеклу, кормовые культуры, лен, хлопчатник. Молибден важен при выращивании бобовых культур, поскольку он необходим для деятельности клубеньковых бактерий, связывающих атмосферный азот. В медных удобрениях чаще всего нуждаются многие сельскохозяйственные культуры, выращиваемые на осушенных торфяно-болотных почвах, где мало меди или она прочно связана, а также на супесчаных и песчаных почвах. Цинковые удобрения полезны во многих регионах они могут быть эффективны при выращивании кукурузы, сахарной свеклы, хлопчатника, овощных культур. На почвах с нейтральной или слабощелочной реакцией нередко вносят марганцовые удобрения, так как в этих почвах мало усвояемого растениями марганца, который при такой реакции почв легко превращается в трудно растворимый пиролюзит MnO2 , в карбонаты или фосфаты. Разработаны также кобальтовые удобрения, иодные, а также комплексные микроудобрения, содержащие наборы нескольких элементов. По-видимому, наиболее оправдано, с биологической точки зрения, использование человеком элементов минерального питания прошедших биологическую трансформацию в растительных и животных организмах, однако в критических случаях, если этого невозможно добиться, следует использовать эти элементы, прошедшие переработку микроорганизмами или принимать их в дисперсном состоянии. Содержание, миграция и аккумуляция химических элементов в биосфере обусловлены всем комплексом природных факторов. Разрабатывая идеи биогеохимического районирования, В.В. Ковальский, рассматривал в единстве как геохимическую среду (породы, природные воды, почвы), так и физиологические и биохимические особенности организмов. При таком анализе выявляются связи между недостатком или избытком микроэлементов, их количественными соотношениями и состоянием живых организмов вплоть до появления эндемических (местных) заболеваний, а 6 результаты исследований служат основанием для биогеохимического районирования. Он выделил четыре зоны на территории бывшего СССР, которые характеризуются единством зональности почвообразования, климата, миграции элементов и типом биологических реакций организмов на геохимические факторы среды. Несмотря на довольно длительную историю изучения проблемы микроэлементов в биосфере, современное состояние знаний приходится характеризовать только как поверхностное. Накоплено много фактических данных по уровням содержания микроэлементов в различных компонентах биосферы, по реакции живых организмов на их недостаток или избыток, разработаны специальные методы анализа малых количеств элементов, составлены карты биогеохимического районирования и биогеохимических провинций. Несмотря на это, общей теории, рассматривающей функции, механизмы воздействия и роль микроэлементов в биосфере, пока нет. Можно только утверждать, что микроэлементы необходимы всем без исключения живым организмам, они резко реагируют на недостаток, избыток или неблагоприятное соотношение элементов. Найдены некоторые эмпирические приемы регулирования жизненных процессов, если они осложнены несбалансированностью микроэлементного питания. Но значительно больше остается нерешенных вопросов, которые охватывают как крупные теоретические проблемы, имеющие общее значение, так и конкретные, часто прикладные задачи, понимание которых необходимо для экологической оптимизации природной среды. Глобальное значение имеют проблемы одновременного действия совокупности элементов, их роль в становлении и эволюции жизненных форм, связь потребностей в микроэлементах с геохимией Земли и космического пространства. Частные задачи связаны с разработкой методов и показателей мониторинга в отношении микроэлементов, создания условий для сельскохозяйственной деятельности по производству продуктов питания с оптимальным содержанием необходимых элементов, а также производство медицинских препаратов, подкормок и удобрений, содержащих микроэлементы, технологии их использования, с разработкой методов учета одновременного влияния нескольких микроэлементов на живые организмы. Основные вопросы, которые необходимо для этого разрешить: - закономерности миграции химических элементов в биогеоценозах; - динамика миграции химических элементов в биогеоценозах; 7 - оценка величин биогеохимических циклов химических элементов в ландшафтах; - тенденции изменения глобальных и локальных циклов химических элементов в настоящее время; - биогеохимия и биологическая роль малоизученных химических элементов; - биогеохимическая роль почвенных организмов, и, в первую очередь, микроорганизмов; - биогеохимические характеристики организмов; - мониторинг и моделирование биогеохимических потенциалов. В основе функционирования организма как биохимической машины лежит постоянство внутренней среды. Гомеостаз имеет динамический характер и поддерживается непрерывным притоком необходимых организму веществ различной степени организации от аминокислот и витаминов до элементов минерального питания. В процессе длительной эволюции в условиях конкретной географической среды организмы приспособились к определенным динамическим равновесиям элементов минерального питания, которые связаны с концентрациями химических элементов в почвах, поверхностных водах и атмосфере, в связи с чем значительные отклонения от этих концентраций оказывают часто очень существенное влияние на биохимические процессы. Важным является вопрос условий перехода почвенных элементов минерального питания в состояние доступное, для включения в биогеохимический цикл. Особую роль в этом играют почвенные микроорганизмы, роль которых неоднократно постулировалась, но практически не изучена. Это особенно важно на фоне повышенного поступления в окружающую среду многих элементов благодаря техногенным процессам. Как отмечает Д. Уильямс, уровень загрязнения окружающей среды соединениями металлов растет. Возможно, благодаря эволюции, живой мир со временем адаптируется к новому химическому окружению, причем некоторые элементы станут полезными или, даже, необходимыми. Парадоксальность ситуации в том, что в ветеринарии, где лечение экономически невыгодно, сбалансированности пищи по элементам минерального питания уделяется значительно больше внимания, чем в медицине. Интересны в этом отношении лекции доктора Уоллока, который был практикующим ветеринаром, а затем стал практикующим доктором. Он замечает по этому поводу: "Пришлось вернуться к учебе и стать врачом, а это позволило мне 8 использовать все те знания о питании, которые я получил в ветеринарной школе". Содержание многих элементов минерального питания в почвах низко, особенно это касается доступной формы, и поэтому снимаемый с полей урожай, содержит их недостаточно. Люди, употребляющие эти продукты, автоматически приобретают заболевания, связанные с дефицитом минералов и единственный способ предотвратить связанные с этим болезни – употреблять в пищу минеральные добавки или получать необходимые элементы, оптимизируя питание растений и животных по необходимым параметрам. 1.1 Питание - основа здоровья В настоящее время возрастает способность каждого отдельного человека определять свою судьбу, повышается возможность выбора хотя бы в обычных ситуациях. Однако выбор оказывается невозможным без хотя бы минимального знания. Немаловажным является свобода выбора в отношении своего здоровья. В этом отношении необходимо понимать всеобщую связь человека, его происхождения и состава с космическими процессами и длительными изменениями в литосфере. Выветривание коры, которое, казалось бы, имеет отношение к почве, напрямую связано с поставкой необходимого строительного материала живой биохимической машине, а следовательно и со здоровьем живых существ, в том числе и человека. Наше здоровье начинается с вмещающего ландшафта, его особенностей и способностью обеспечить организм необходимым: элементами структуры, энергией и условиями среды. В первую очередь для нормальной жизнедеятельности человеку необходимо более 90 биологически активных веществ: - это около 10 незаменимых аминокислот, чаще встречается цифра – 8, 16 витаминов, три полиненасыщенные жирные кислоты и около 60 минералов. Обычный рацион питания должен включать в себя в среднем следующие компоненты (таблицы 1 - 6). В таблице 1 представлены основные пищевые ингредиенты, необходимые для обеспечения в веществе и энергии. В таблицах 2 - 6 - приведены элементы формулы сбалансированного питания, в состав которой входят аминокислоты, липиды, углеводы, витамины и минеральные вещества. 9 Таблица 1 - Средняя суточная потребность взрослого человека в пищевых веществах и энергии (формула сбалансированного питания, в граммах) Пищевое вещество Суточная потребность Вода, всего 1750-2200 питьевая 800-1000 супы 250-500 Продукты питания 700 Белки, всего 80-100 животные 50 Таблица 2 - Средняя суточная потребность взрослого человека в аминокислотах, в граммах Заменимые аминокислоты Незаменимые аминокислоты триптофан лейцин изолейцин валин треонин лизин метионин фенилаланин 1 4-6 3-4 3-4 2-3 3-5 2-4 2-4 гистидин аргинин цистин тирозин аланин серин глутаминовая кислота аспарагиновая кислота пролин гликокол 1,5-2 5-6 2-3 3-4 3 3 156 6 5 3 Таблица 3 - Средняя суточная потребность взрослого человека в липидах, в граммах Пищевое вещество Суточная потребность Жиры, всего 80-100 растительные 20-25 ПНЖК 2-6 холестерин 0,3-0,06 фосфолипиды 5 10 Таблица 4 - Средняя суточная потребность взрослого человека в углеводах, в граммах Пищевое вещество Суточная потребность Углеводы, всего 400-500 крахмал 400-450 сахар 50-100 балластные вещества 25 (клетчатка, пектин) Органические кислоты 2 (молочная, лимонная) Таблица 5 - Средняя суточная потребность взрослого человека в витаминах, в миллиграммах Пищевое вещество Суточная потребность Аскорбиновая кислота 50-70 Тиамин, В1 1,5-2.0 Рибофлавин, В2 2,0-2,5 Ниацин, РР 15-25 Пиридоксин, В6 2-3 В3 5-10 В12 0,002-0,005 бибтин 0,15-0,3 холин 500-1000 рутин, Р 25 фолиевая кислота, Вс 0,2-0,4 Д 0,0025-0,01 А 1,5-2,5 каротиноиды 3,0-5,0 Е 10-20 К 0,2-0,3 липоевая кислота 0,5 инозит, г 0,5-1,0 Некоторые из этих веществ, достаточно сложные по составу, могут синтезироваться в организме, другие, среди них и элементы минерального питания, должны поступать в организм постоянно, находясь в состоянии динамического равновесия, они с такой же скоростью и выводятся из организма. Однако, если поступление этих веществ будет ниже необходимого, концентрация данного вещества в 11 организме станет ниже допустимой и наступит голодание организма, несмотря на поступление всех других необходимых веществ. Таблица 6 - Средняя суточная потребность взрослого человека в минеральных веществах, в миллиграммах Пищевое вещество Суточная потребность кальций 800-1000 фосфор 1000-1500 натрий 4000-6000 калий 2500-5000 хлориды 5000-7000 магний 300-350 железо 15 цинк 10-15 марганец 5-10 хром 0,2-0,25 медь 2 кобальт 0,1-0,2 молибден 0,5 селен 0,5 фториды 0,5-1.0 иодиды 0,1-0,2 1.2 Химические элементы и здоровье Ниже дано краткое описание химических элементов, по их биологической роли в организме человека. Последовательность представления соблюдается в соответствии со второй главой. Некоторым элементам, роль которых общеизвестна, будет уделено внимания значительно меньше их значению в жизнедеятельности, другим, роль которых еще недостаточно известна, может быть выделено значительно больше места, несмотря на их различие в процентном отношении по содержанию в организме. Биогенные элементы - это химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение. Прежде всего это кислород (составляющий до 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), кальций, азот, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий, железо. Эти элементы входят в состав всех живых организмов, являются их основой и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. На трех нижеследующих диаграммах – рисунки 1-3 - представлены эти 12 элементы с разбивкой на три группы: первая группа из трех элементов, процентное содержание которых в организме превышает их содержание в литосфере. Вторая группа, порядок содержания которых в организме соответствует величине 10-1, здесь, за исключением азота, основной пул которого находится в воздухе атмосферы, кларк элемента выше их содержания в организме. В третей группе макроэлементов с порядком содержания в организме 10-2, наблюдается такая же закономерность. Одной из характеристик биогенности химических элементов является их классификация по количественному содержанию в организме. По этому параметру химические элементы делят на три группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. Содержание, в % 80 60 40 20 0 кислород углерод Элементы В организме водород жиз ни В литосфере Рисунок 1 - Различие в процентном содержании трех важнейших элементов в живом организме и литосфере Биогенные элементы, содержание которых в организме превышает 0,01% от массы тела, относят к макроэлементам. Это 12 элементов: органогены, ионы электролитного фона и железо. Они составляют 99,99% живого субстрата. 99% химических элементов составляют только шесть из них: С, Н, О, N, Р, Ca. Элементы К, Na, Mg, Fe, Сl, S относят к олигобиогенным элементам. Содержание их колеблется от 0,1 до 1%. Элементы, необходимые для жизнедеятельности, общее количество которых в организме порядка 0,01%, относят к микроэлементам. Содержание каждого из них от 10-2 до 10-5%, от массы тела. Большинство микроэлементов содержится в основном в тканях печени, которая является депо микроэлементов. Некоторые 13 микроэлементы проявляют сродство к определенным тканям ( йод - к щитовидной железе, фтор - к эмали зубов, цинк - к поджелудочной железе, молибден - к почкам). Содержание, в % 6 4 2 0 фосфор магний сера хлор натрий железо Эл е ме нт ы жиз ни В организме В литосфере Рисунок 2 - Различие в процентном содержании важных макроэлементов в живом организме и литосфере Содержание, в % 30 20 10 0 кальций азот калий Кремний Э л е ме н т ы жи з н и В организме В литосфере Рисунок 3 - Различие в процентном содержании четырех важных макроэлементов в живом организме и литосфере 14 Элементы, с общим объемом менее 10-5%, относят к ультрамикроэлементам. Количество и биологическая роль многих элементов невыяснены до конца. Некоторые из них постоянно содержатся в организме животных и человека, как например: Ga, Ti, F, Al, As, Cr, Ni, Se, Ge, Sn и другие, биологическая роль которых выяснена недостаточно. Их относят к условно биогенным элементам. Некоторые элементы: Те, Sc, In, W, Re обнаружены в организме человека и животных, и данные об их количестве и биологической роли не выяснены, однако в последнее время проводится значительное количество исследований в этом направлении. Примесные элементы также делят на аккумулирующиеся: - Hg, Pb, Cd и не аккумулирующиеся: - Al, Ag, Go, Ti, F. В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне, при этом суточное поступление химических элементов в организм человека должно составлять - таблица 7. Если сравнить данные приведенные в этой таблице с данными таблицы 5 - формулы сбалансированного питания, можно отметить некоторое различие в граничных колебаниях объемов поступления элементов минерального питания. Кроме того, в таблицу 7 включен титан и нормируется поступление сульфатов, которых нет в предыдущей таблице. 1.3 Металлы и жизнь В настоящее время известно более 2000 ферментов, многие из которых катализируют всего одну реакцию. Активность большой группы ферментов проявляется только в присутствии определенных соединений небелковой природы, называемых кофакторами. В качестве кофакторов выступают ионы металлов или органические соединения. Примерно третья часть ферментов активируется переходными металлами. Ионы металлов в ферментах выполняют ряд функций: являются электрофильной группой активного центра фермента и облегчают взаимодействие с отрицательно заряженными участками молекул субстрата, формируют каталитически активную конформацию структуры фермента (в формировании спиральной структуры РНК, участвуют ионы цинка и марганца), участвуют в транс­порте электронов (комплексы переноса электрона). Способность иона металла выполнять свою роль в активном центре соответствующего фермента зависит от его способности к комплексообразованию, геометрии и устойчивости образуемого комплекса. Это обеспечивает 15 повышение селективности фермента по отношению к субстратам, активации связей в ферменте или субстрате посредством координации и изменении формы субстрата в соответствии со стерическими требованиями активного центра. Таблица 7 - Суточное поступление химических элементов в организм человека, в мг/сутки Химический Суточное потребление, в мг элемент Взрослые Дети Калий 2000-5500 530 Натрий 1100-3300 260 Кальций 800-1200 420 Магний 300-400 60 Цинк 15 5 Железо 10-15 7 Марганец 2-5 1,3 Медь 1,5-3,0 1,0 Титан 0,85 0,06 Молибден 0,075-0,250 Хром 0,05-0,20 0,04 Кобальт Около 0,2 витамин B12 0,001 Хлор 3200 470 3РО4 800-1200 210 2SO4 10 – Йод 0,15 0,07 Селен 0,05-0, 07 – Фтор 1,5-4,0 0, 6 Биокомплексы различаются по устойчивости. Одни из них настолько прочны, что постоянно находятся в организме и выполняют определенную функцию. В тех случаях, когда связь кофактора и белка фермента прочна и разделить их трудно, его называют «простетической группой». Такие связи обнаружены в ферментах, содержащих гем-комплексное соединение железа с производным порфина. Роль металлов таких комплексов высокоспецифична: замена его даже на близкий по свойствам элемент приводит к значительной или полной утрате физиологической активности. Данные ферменты относят к специфическим ферментам. Примерами таких соединений является хлорофилл, полифенилоксидаза, витамин В12, гемоглобин и некоторые 16 металлоферменты (специфические ферменты). Немногие ферменты участвуют только в одной определенной или единственной реакции. Каталитические свойства большинства ферментов определяются активным центром, образуемым разными микроэлементами. Ферменты синтезируются на период выполнения функции. Ион металла выполняет роль активатора и его можно заменить ионом другого металла без потери физиологической активности фермента. Такие отнесены к неспецифическим ферментам. Ниже приведены ферменты, в которых ионы различных металлов выполняют сходные функции, таблица 8. Таблица 8 - Ферменты, в которых ионы различных металлов выполняют сходные функции Фермент Микроэлементы, активирующие фермент Карбоксилаза Mn2+, Co2+, Cu2+, Fe2+, Ca2+, Zn2+ Полипептидаза Лецитиназа Аргиназа Zn2+, Co2+ Zn2+, Mg2+, Co2+, Zn2+, Mn2+ Co2+, Mn2+, Ni2+, Fe2+ Один микроэлемент может активировать работу различных ферментов, а один фермент может быть активирован различными микроэлементами. Наибольшую близость в биологическом действии оказывают ферменты с микроэлементами в одинаковой степенью окисления +2. Как видно для микроэлементов переходных элементов в их биологическом действии характерно больше горизонтальное сходство, чем вертикальное в периодической системе (в ряду Ti-Zn). Пpи решeнии вопроса о применении того или иного микроэлемента необходимо учитывать не только наличие подвижных форм этого элемента, но и других, имеющих одинаковую степень окисления и способных заменять друг друга в составе ферментов. Промежуточное положение между специфическими и неспецифическими ферментами занимают некоторые металлоферменты. Ионы металлов выполняют функцию кофактора. Повышение прочности биокомплекса фермента повышает специфичность его биологического действия. На эффективность ферментативного действия иона металла фермента оказывает влияние 17 его степень окисления. По интенсивности влияния микроэлементы расположены в следующий ряд: Ti4+→Fe3+→Cu2+→Fe2+→Mg2+→Mn2+. Ион Мn3+ в отличии от иона Мn2+, очень прочно связан с белками, причем преимущественно с кислородосодержащими группами совместно Fe3+ входит в состав металлопротеинов. Микроэлементы в комплексной форме выступают в организме в качестве фактора, определяющего, по-видимому, высокую чувствительность клеток к микроэлементам путем их участия в создании высокого градиента концентрации. Значения атомных и ионных радиусов, энергий ионизации, координационных чисел, склонность к образованию связей с одними и теми же элементами в молекулах биолигандов обусловливают эффекты, наблюдаемые при взаимном замещении ионов: может происходить с усилением (синергизм), так и с угнетением их биологической активности (антагонизм) замещаемого элемента. Ионы d-элементов в степени окисления +2 (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) имеют сходные физико-химические характеристики атомов (электронную структуру внешнего уровня, близкие радиусы ионов, тип гибридизации орбиталей, близкие значения констант устойчивости с биолигандами). Сходство физико-химических характеристик комплексообразователя определяет близость их биологического действия и взаимозаменяемость. Эти переходные элементы стимулируют процессы кроветворения, усиливают процессы обмена веществ. Синергизм элементов в процессах кроветворения связан, возможно, с участием ионов этих элементов в различных этапах процесса синтеза форменных элементов крови человека. Для s - элементов I группы характерен по сравнению с другими элементами своего периода небольшой заряд ядер атомов, невысокий потенциал ионизации валентных электронов, большой размер атома и увеличение его в группе сверху вниз. Все это определяет состояние их ионов в водных растворах в виде гидратированных ионов. Наибольшее сходство лития с натрием обусловливает их взаимозаменяемость, синергизм их действия. Концентрация К+ внутри клеток в 35 раз выше чем вне ее, а концентрация Na+ во внеклеточной жидкости в 15 раз больше чем внутри клетки. Эти ионы в биологических системах являются антагонистами. S - элементы II группы в организме находятся в виде соединений образованных фосфорной, угольной и карбоновых кислотами. Кальций, содержащийся в основном в костной ткани, по своим свойствам близок к стронцию и барию, которые могут 18 замещать его в костях. При этом наблюдаются как случаи синергизма, так и антагонизма. Ионы кальция являются также антагонистами ионов натрия, калия и магния. Сходство физико-химических характеристик ионов Ве2+ и Mg2+ обусловливает их взаимозаменяемость в соединениях, содержащих связи Mg–N и Mg–О. Этим можно объяснить ингибирование магнийсодержащих ферментов при попадании в организм бериллия. Бериллий - антагонист магния. Следовательно, физико-химические свойства и биологическое действие микроэлементов определяются строением атомов. Большинство биогенных элементов - это члены второго, третьего и четвертого периодов периодической системе. Это относительно легкие атомы, со сравнительно небольшим зарядом ядер. Наряду с заболеваниями, обусловленными антропогенными поступлениями химических элементов в окружающую среду, существуют заболевания связанные с особенностями биогеохимических провинций. Заболевания и синдромы, в этиологии которых главную роль играет недостаток биогенных (эссенциальных) элементов или избыток как токсических, так и биогенных микроэлементов, а также их дисбаланс, в том числе аномальные соотношения микро- и макроэлементов. Одна из рабочих классификаций микроэлементозов человека приведена в таблице 9. Установлено, что в некоторых биогеохимических провинциях бывает избыток или недостаток определенных микроэлементов, в других не обеспечивается сбалансированное минеральное питание организма, что приводит к возникновению заболеваний на данной территории. Заболевания, вызываемые избытком пли недостатком элементов в определенной зоне, называют эндемическими заболеваниями. Симптомы заболеваний, вызванных недостатком химических элементов в организме - гипомикроэлементозов, представлены в таблице 10. Как видно из таблицы, при недостатке железа в организме развивается анемия, так как оно входит в состав гемоглобина крови. Суточное поступление в организм этого элемента должно быть 12 мг. Однако, избыток железа вызывает сидероз глаз и легких, что связано с отложением соединений железа в тканях этих органов на Урале в горных районах Сатки. В Армении в почвах повышенное содержание молибдена, поэтому 37% населения страдает подагрой. Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительной ткани. 19 Таблица 9 - Микроэлементозы человека Основные Основные Краткая характеристика группы формы заболеваний В основе заболевания микроэлементоз Природные, Врожденные, матери. Недостаток, избыток, эндогенные наследственные дисбаланс МЭ вызван патологией хромосом или генов. Вызванные Природные, не связанные с Природные, а) МЭ – деятельностью человека и экзогенные дефицитом приуроченные к определенным б) МЭ – географическим локусам. избытком Эндемические заболевания людей, в) МЭ - сопровождающиеся теми или иными дисбалансом признаками у животных и растений. Заболевания связанные с Техноген Промышленные производственной деятельностью ные (профессиональн человека, болезни и синдромы, ые) вызванные избытком микроэлементов в зоне производства Соседские По соседству с производством за счет воздушного или водного переноса МЭ Вызванные Быстро увеличивающееся число Ятрогенные а) МЭ – заболеваний связанных с интенсивным дефицитные лечением разных болезней б) МЭ – препаратами, содержащими избытком микроэлементы, а также с в) МЭ - поддерживающей терапией не дисбалансом обеспечивающей организм необходимым уровнем МЭ. Кроме того, дефицит меди способствует раковым заболеваниям у людей пожилого возраста. Избыток меди в организме (гипермикроэлементоз) приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Дефицит меди вызывает заболевание мозга у детей (синдром Мениеса), так как в мозге не хватает цитохромоксидазы. При дефиците в пище йода развивается «базедова болезнь». В Забайкалье, Китае, Корее население поражается деформирующими артрозами (уровская болезнь). Особенность болезни – размягчение и 20 искривление костей. Почвы этих территорий имеют повышенное содержание Sr, Ва, и пониженное - Со, Са, Сu. Таблица 10 - Характерные симптомы дефицита химических элементов в организме человека. Элемент Типичный симптом при дефиците Co Замедление роста скелета Mg Мышечные судороги Fe Анемия, нарушение иммунной системы. Zn Повреждение кожи, замедление роста, замедление сексуального созревания Cu Слабость артерий, нарушение деятельности печени, вторичная анемия Mn Бесплодность, ухудшение роста скелета Mo Замедление клеточного роста, склонность к кариесу. Co Злокачественная анемия Ni Депресии, дерматиты Cr Симптомы диабета Si Нарушение роста скелета F Кариес зубов I Нарушение работы щитовидной железы. Se Мускульная (в частности сердечная) слабость Установлено существование корреляции между пониженным содержанием Са и повышенным содержанием Sr, аналога кальция, и при нарушении Са- Sr обмена в костной ткани проявляется уровская болезнь, при которой происходит внутреннее перераспределение элементов и кальций вытесняется стронцием. В результате развивается стронциевый рахит. Замена одних элементов другими обусловлено близостью их физико-химических характеристик (радиус иона, энергия ионизации, координационное число), разностью их концентраций и химической активности. Натрий замещается литием, калий - рубидием, барием, молибден - ванадием. Барий имея одинаковый радиус с калием, конкурирует в биохимических процессах. В результате такой взаимозамещаемости развивается гипокалиемия. Ионы бария, проникая в костные ткани, вызывают эндемическое заболевание – Папинг. Возможны случаи нарушения металлолигандного гомеостаза организма. Для организма характерно поддержание на постоянном уровне концентрации ионов металлов и лигандов, то есть 21 поддержание металлолигандного равновесия (металло-лигандного гомеостаза). Нарушение его возможно по ряду причин. Первая причина. В организм поступают ионы токсиканта (Мт) из окружающей среды (Be, Нg, Сd, Те, Рb, Sr и другие). Они образуют более прочные комплексные соединения с биолигандами, чем биометаллы. В результате более высокой химической активности и меньшей растворимости образующихся соединений, в узлах кристаллической решетки наряду с гидроксидфосфатом кальция Са5(РО4)3ОН и взамен его могут осаждаться соединения и других металлов, близких по свойствам к кальцию (изоморфизм): бериллия, кадмия, бария, стронция. В этом конкурирующем комплексообразовании за фосфат ион они выигрывают у кальция, Присутствие даже небольших концентраций данных элементов в окружающей среде вызывает патологические изменения в организме. Предельно допустимая концентрация соединений кадмия в питьевой воде, равна 0, 01 мг/л, бериллия - 0,0002 мг/л, ртути 0,005 мг/л, свинца – 0,1 мг/л. Ионы бериллия нарушают процесс включения кальция в костную ткань, вызывая её размягчение, что приводит к бериллозу (бериллиевому рахиту). Замещение ионов кальция стронцием приводит к образованию менее растворимого соединения Sr5(РO4)3ОН. Особенно опасно замещение ионов кальция ионами радионуклида стронция – 90. Радионуклид включаясь в костную ткань, становится внутренним источником облучения, что приводит к развитию лейкемии, саркомы. Ионы Нg, Pb, Fe являются мягкими кислотами и с ионами серы образуют более прочные соединения, чем ионы биометаллов, представляющие собой жесткие кислоты. Таким образом возникает конкуренция за лиганд – S – Н между токсикантом и микроэлементом, и, часто, токсиканты выигрывают конкуренцию, блокируя активные центры ферментов и исключая их из управления метаболизмом. Металлы Hg, Pb, Bi, Fe и As называют тиоловыми ядами. Соединения мышьяка (V), и особенно, мышьяка (III) очень токсичны. Химизм токсичности объясняют способностью мышьяка блокировать сульфгидрильные группы ферментов и других биологически активных соединений. Вторая причина. В организм поступает микроэлемент, необходимый для жизнедеятельности организма, но в значительно больших концентрациях, что может быть связанно с особенностями биогеохимических провинций, либо в результате неразумной деятельности человека. Например, для борьбы с вредителями винограда используются препараты, действующим началом которых 22 являются ионы меди. В результате в почве, воде и винограде отмечается повышенное содержание ионов меди. Повышенное содержание меди в организме приводит к поражению ряда органов, вызывая (воспаление почек, печени, инфаркт миокарда, ревматизм, бронхиальную астму). Заболевания, вызванные повышенным содержанием меди в организме, называют гиперкупремиями, они также могут иметь причину и в профессиональной деятельности. Избыточное содержание пыли железа в легких приводит к развитию сидероза. Третья причина. Нарушение баланса микроэлементов, возможно в результате не поступления или недостаточного поступления, что также может быть связано и с особенностями биогеохимических провинций, либо с производством. Например, значительная территории нашей страны характеризуются недостатком йода, в частности, в гористых местностях, по долинам рек это вызывает эндемическое увеличение щитовидной железы и зоба у людей и животных. Профилактическое йодирование способствует предотвращению эндемий и эпизоотии. Недостаток фтора приводит к флюорозу. В местах добычи нефти наблюдаются дефицит иона кобальта. Четвертая причина. Повышение концентрации токсичных комплексообразуюших групп, содержащих азот, фосфор, кислород и серу, способных образовывать прочные связи с ионами биометаллов (СО, CN-, –SH). В системе несколько лигандов и один ион металла способный образовывать комплексное соединение с данными лигандами. При этим наблюдаются конкурирующие процессы – конкуренция между лигандами за ион металла. Преобладающим будет процесс образования наиболее прочного комплекса. MбLб + Lт « MбLт + Lб , где Mб - металл биокомплекса, Lб – лиганд биокомплекса, Lт – лиганд токсичных комплексообразуюших групп. Комплекс образует лиганд, обладающий большей комплексообразующей способностью. Кроме того, имеется возможность образования разнолигандного комплекса например, ион железа (II) гемоглобином – Fe (ННbН2О) образует с монооксидом углерода – СО разнолигандный комплекс, который в триста раз прочнее, чем комплекс с кислородом, то есть: KyFe(НHbH2O) < KyFe(ННbО2) < KyFe(НHbCO). 23 Токсичность монооксида углерода объясняется с точки зрения конкурирующего комплексообразования, возможности смещения лиганднообменного равновесия. Пятая причина. Изменения степени окислении центрального атома микроэлемента или изменения конформационной структуры биокомплекса, изменения его способности к образованию водородных связей. Например, токсичное действие нитратов и нитритов проявляется и в том, что под их воздействием гемоглобин превращается в метгемоглобин, который не способен транспортировать кислород. Попадая в кровь, они приводят к гипоксии организма. Механизм защиты внутренней среды организма от ксенобиотиков обеспечивается удалением отходов, эту функцию выполняют две системы: кровеносная и лимфатическая. Мелкий «мусор» как бы уходит прямо в кровь, а крупный – в лимфу. В лимфатических узлах лимфа очищается от токсических отходов. Среди механизмов защиты внутренней среды организма можно выделить: - барьеры, мешающие ксенобиотикам войти во внутреннюю среду организма и в особо важные органы (мозг, половую и некоторые другие железы внутренней секреции). Эти барьеры образованны одно- или многослойными пластами клеток. Каждая клетка одета мембраной, непроницаемой для многих веществ. Роль барьеров у животных и человека, выполняет кожа, внутренняя поверхность желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей. Если ксенобиотик проникает в кровь, то в центральной нервной системе, железах внутренней секреции, его встретят гистогематические барьеры, то есть, барьеры между тканью и кровью; транспортные механизмы обеспечивают выведение ксенобиотиков из организма. Они обнаружены во многих органах человека. Наиболее мощные находятся в клетках печени и почечных канальцах. Особые образования обнаружены в желудочках головного мозга, которые перемещают чужеродные вещества из ликвора (жидкость, омывающая мозг) в кровь. Имеется два способа выведения ксенобиотиков: из внутренней среды всего организма, и из внутренней среды отдельного органа. Принцип работы системы выведения одинаков: транспортные клетки образуют слой, одна сторона которого граничит с внутренней средой организма, а другая с внешней. Мембрана клеток не пропускает ксенобиотики, но в этой мембране имеется белок - переносчик, 24 который опознает «вредное» вещество и переводит его во внешнюю среду. Анионы выводятся одним видом переносчиков, а катионы – другим. Описано более двухсот переносчиков, комплексонаты sэлементов относятся к их числу. Но при высокой концентрации яда в крови они не успевают утилизировать полностью токсичные частицы, тогда на помощь приходит третий механизм защиты; - ферментные системы, которые превращают ксенобиотики в соединения, менее токсичные и легче удаляемые из организма. Они катализируют процессы взаимодействия ксенобиотика с молекулами других веществ. Продукты взаимодействия легко удаляются из организма. Наиболее мощные ферментные системы находятся в клетках печени. В большинстве случаев она может справляться с этой задачей и обезвреживать опасные вещества; - тканевое депо, где могут накапливаться нейтрализованные ксенобиотики и сохраняться там длительное время. Но это не является средством полной защиты от ксенобиотиков в экстремальных условиях. 1.4 Природные и промышленные канцерогены Канцерогенные вещества (от лат. cancer,- рак и греч. genes,рождающий, рожденный), бластомогенные вещества, канцерогены, карциногены – представляют собой химические соединения, способные при воздействии на биохимические структуры организма вызывать рак и другие злокачественные опухоли, а также доброкачественные новообразования. Среди канцерогенов можно найти как вещества встречающиеся в естественной среде, так и вещества, появившиеся в результате деятельности человека. Иногда это новые, ранее не встречавшиеся вещества, а иногда речь идет о природных веществах, но поступающих в окружающую среду в больших концентрациях, благодаря техногенезу. Известно несколько сот таких веществ принадлежащих к разным классам химических соединений. В таблице 11 приведены химические элементы, которые могут служить причиной появления опухолей у человека, а также структуры организма (органы-мишени), которые в наибольшей степени подвержены канцерогенному действию того или иного вещества. Как видно из таблицы, наиболее уязвимым органом являются легкие, в которых бластомогены могут задерживаться достаточно долго. 25 Таблица 11 - Канцерогенные соединения, в отношении которых имеются убедительные доказательства их причинной роли в происхождении опухолей у человека (группа 1 по классификации МАИР) и органы-мишени Наименование фактора Органы-мишени Бериллий и его соединения Мышьяк и его соединения Никель и его соединения Легкие (центральная нервная система) Легкие, предстательная железа Легкие, кожа Полость носа, легкие Радон и продукты его распада Легкие Кадмий и его соединения Сажа Хром шестивалентный соединения Кожа, легкие его Легкие (полость носа) и 2 Химические вещества и организм Ниже рассмотрено содержание химических элементов в живом организме и их значение для здоровья. Химические элементы рассмотрены в порядке их расположения в таблице Д.Менделеева. 2.1 Водород Значение водорода в организме трудно переоценить. С одной стороны – это элемент, входящий в состав воды, содержание которой в живом организме достигает 90 и более процентов. С другой стороны – его ион, обуславливает рН среды. Это имеет важнейшее значение в регуляции процессов, протекающих в организме, т.к. активность ферментов специфична к кислотности среды. Благодаря этому в клетках и тканях организма возможно сохранение строгой последовательности химических превращений различных веществ. Кроме того, именно ион водорода играет важнейшую роль в окислительно-восстановительных процессах, тканевом дыхании и многих других биологически значимых процессах. Биологическое окисление как процесс, протекающий в организме животных и человека очень сложен. В нем принимает 26 участие сотни различных ферментов, в результате чего потенциальная энергия, запасенная растениями в молекулах органических молекул или преобразованная в организме – высвобождается. За счет этой энергии осуществляются все жизненно важные процессы – синтез веществ, деление клеток, мышечное сокращение, секреция, мышление и др. В процессах биологического окисления еще много белых пятен, так как до сих пор еще не изучены все детали биохимических реакций в клетках. Однако точно установлено, что в цепи биологического окисления принимают участие четыре группы коферментов: 1) коферменты пиридиновой природы – + никотинамидадениндинуклеотид (НАД ) и + никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ ); 2) коферменты флавиновой природы (флавинаденинмононуклеотид – ФМН , флавинадениндинуклеотид – ФАД); 3) убихинон КоQ и цитохромные системы (b, c, a), представленные комплесом геминовых ферментов; 4) цитохромоксидазы. Все четыре группы коферментов способствуют переносу протонов (ионов водорода) и электронов от окисляемых органических веществ на кислород, как это показано на схеме – рисунок 4. - восстановленный субстрат, - окисленный субстрат, 1-8 – ступени переноса протона и электрона (объяснение в тексте) Рисунок 4 – Схема переноса протонов и электронов в процессе окисления Как видно из представленной схемы, процесс тканевого дыхания протекает ступенчато, при этом перенос ионов водорода и 27 электронов от органических веществ, подвергающихся окислению, осуществляется коферментами. Как показано на схеме цифрами: 1) пиридинзависимыми дегидрогеназами, коферментом которых является НАД; 2) флавинзависимыми дегидрогеназами, простетической группой которых является ФАД; 3) ФМН и кофермент Q; 4) - 6) цитохромами, содержащих железопорфириновые системы (цитохромы b, c, a) и цитохромоксидазой (а3). Связующим звеном в цепи переноса протонов и электронов является кофермент Q, который передает на систему цитохромов только электроны, а ионы водорода – протоны поступают в среду и воздействуют с восстановленным кислородом, образуя воду. Эта вода называется эндогенной. Цитохромы являются переносчиками электронов от молекул окисляемого органического вещества к молекулярному кислороду. В процессе биологического окисления – переноса протонов и электронов на кислород освобождается энергия, которая аккумулируется в пирофосфатных связях АТФ. При переброске двух протонов и двух электронов от субстрата (органического вещества) на конечный акцептор – кислород, образуется три молекулы АТФ. 2.2 Первая подгруппа группа периодической системы. Главная 2.2.1 Литий Литий в незначительных количествах присутствует в живых организмах. Установлено его стимулирующее действие на некоторые процессы в растениях, а также способность повышать их устойчивость к заболеваниям. В организме человека литий в основном скапливается в лимфоузлах, легких, печени, крови, он принимает участие в регуляции высшей нервной деятельности, оказывает влияние на иммунитет и водно-солевой обмен. Повышенная концентрация лития в волосах может отмечаться при нарушении выделительной функции почек, обмена натрия. Повышенное поступление лития в организм наблюдается у работников или лиц, проживающих вблизи предприятий по производству элементов питания, компонентов для АЭС, а также вблизи самих АЭС. Низкий уровень лития отмечается в волосах 28 больных с психическими расстройствами, почечными заболеваниями, а также у потомков больных алкоголизмом, при иммунодефицитных заболеваниях. Дисбаланс лития влияет на: - костные ткани - щитовидную железу Необходимость: Равновесие нервной системы человека. Суточная потребность: 2 - 3 мг. Токсическая доза 90-200 мг. Продукты: Говяжья печень, зерновые, баклажаны, листовые зеленые овощи, бобовые, сладкий перец, картофель, томаты и морепродукты. Много лития содержится в жесткой воде и воде минеральных источников. В организме среднего человека, массой 70 кг, содержится около 0,7 мг лития - в яичниках, гипофизе, щитовидной железе и надпочечниках. Препараты лития имеют тенденцию вытеснять из организма натрий, поэтому при приеме карбоната лития необходимо есть больше соли. Недостаток: С недостатком в организме лития связано одно из мучительных психических расстройств - маниакально-депрессивный психоз. Более того, дефицит лития может заставить впасть человека в глубочайшую депрессию и стать причиной самоубийства. Оздоровительный эффект: Чаще всего депрессивную фазу маниакально-депрессивного психоза психиатры снимают препаратами лития. 2.2.2 Натрий Натрий - важный биоэлемент, в живом веществе в среднем содержится 0,02% ионов Na, в организме животных его больше, чем в растениях. В организме взрослого человека, преимущественно в жидкостях и мышцах, содержится около 100 граммов натрия. Превышение нормального количества натрия указывает на нарушения водно-солевого обмена, дисфункцию надпочечников и гипофиза. Низкий уровень натрия наблюдается у людей, перенесших черепномозговые травмы или заболевания гипофиза. Хлористый натрий служит источником соляной кислоты для желудочного сока, бикарбонат натрия - буферной солью, поддерживающей кислотнощелочное равновесие в жидкостях человеческого тела и при переносе двуокиси углерода. Причины дисбаланса и пути поступления в организм: - неправильное питание; - заболевания почек; 29 - эндокринные расстройства (болезни надпочечников, гипофиза); - повышенная потливость; - рвота, понос; - длительное применение мочегонных препаратов; - травмы головного мозга. Дисбаланс натрия отражается на работе: - сердечно-сосудистой системы; - почек (отеки, гипертония); - надпочечников (болезнь Аддисона); - желудочно-кишечного тракта (поносы); - мышц; - поджелудочной железы; - гипофиза. В организме человека около 50% всего натрия находится в виде катионов во внеклеточной жидкости, 40% в костях и хрящах, 10% в клетках, основная часть сосредоточена в плазме крови, лимфе в виде хлоридов, гидрокарбонатов, фосфатов. Наибольшее количество натрия содержится в коже, легких и мозговом веществе. Натрий участвует в поддержание кислотно-щелочного равновесия и входит в бикарбонатную и фосфатную буферные системы, косвенно влияет на азотистый и углеводный обмен, обеспечивает постоянство осмотического давления. Ионы натрия необходимы для процессов передачи возбуждения по нервному волокну и определяют состояние нервно-мышечной возбудимости, наряду с калием играют основную роль в сократительной функции миокарда. Дефицит натрия (гипонатриемия) возникает при дефиците поваренной соли (внеклеточный токсикоз в сочетании с внутриклеточным отеком), введении больших количеств гипотонических растворов хлорида натрия при эксикозе, шоке, бесконтрольном применении диуретиков. Хроническая гипонатриемия возникает при тяжелой гипотрофии, избыточной секреции антидиуретического гормона, при раке легкого, заболеваниях надпочечников, диабете. Клинически гипонатриемия проявляется общей слабостью, апатией, расстройствами сознания, головными болями, тошнотой, рвотой, гипотонией, мышечными подергиваниями, уменьшению выделения желудочными железами солями кислоты и нарушение отделение сока поджелудочной железы. 30 Норма суточного потребления не существует, однако считается, что потребность взрослого человека составляет около 500 мг хлорида натрия (поваренной соли) в сутки. Натрий в первую очередь нужен для нормального функционирования нервно-мышечной системы. При дефиците натрия также происходит нарушение усвоения углеводов, возможны невралгии, отчасти понижение давления. Повышенное содержание натрия в волосах отражает, как правило, нарушение водно-солевого обмена, дисфункцию коры надпочечников. Может встречаться при избыточном потреблении поваренной соли, сахарном диабете, нарушении выделительной функции почек, склонности к гипертонии, отекам, неврозах. Люди, особенно дети, с избытком натрия часто легко возбудимы, впечатлительны, гиперактивны, у них может быть повышена жажда, потливость. Иногда возможно накопление натрия в волосах при длительном контакте с морской водой и отдельными видами моющих средств. Пониженное содержание натрия в волосах у взрослых обычно встречается при нейроэндокринных нарушениях, хронических заболеваниях почек и кишечника и, как следствие, черепно-мозговых травм. 2.3.3 Калий Калий содержится во всех растениях, в особенности в плодах. В человеческий организм калий поступает с пищей, большое количество калия содержится в молочных продуктах, мясе, какао, бобовых, картофеле, абрикосах. Калий необходим для питания клеток, деятельности мышц, в том числе и миокарда, нейроэндокринной системы. Суточная потребность в этом элементе у взрослого человека (2-3 г) покрывается за счёт мяса и растительных продуктов, у грудных детей потребность - (30 мг/кг) полностью покрывается грудным молоком, в котором 60-70 мг% калия. Избыток калия может стать причиной дефицита натрия. Понижение концентрации калия приводит к астении (психическое и физическое истощение, быстрая утомляемость), нарушению функций почек, нарушению обменных процессов, медленному заживлению ран. Токсическая доза для человека 6 г. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - заболевание почек; - гипертония; - повышенная потливость; - алкоголизм, цирроз печени; 31 - сахарный диабет; - муковисцероз; - диеты для похудания; - применение рвотных, мочегонных, слабительных средств, антибиотиков, барбитуратов. Дисбаланс калия отражается на работе: - сердца (нарушение ритма и увеличение артериального давления); - мышечной ткани (слабость мышц); - центральной нервной системы (раздражительность, потеря аппетита, головные боли); - слизистой (сухость кожи, угревая сыпь); желудочно-кишечный тракт (запоры кишечника, гипогликимия). Общее содержание калия в организме человека составляет примерно 250 г. Калию свойственна способность разрыхлять клеточные оболочки, делая их более проницаемыми для прохождения солей. Калий необходим для ясности ума, избавления от шлаков, лечения аллергии. Основными проявлениями недостатка калия являются - замедление роста организма и нарушение половых функций. Недостаток калия вызывает мышечные судороги, перебои в работе сердца. При применении внутрь даже больших доз калия его токсическое действие не проявляется, за исключением случаев почечной недостаточности. Лучшими натуральными источниками калия являются цитрусовые, томаты, все зеленые овощи с листьями, листья мяты, семечки подсолнуха, бананы, картофель. Избыток калия может привести к дефициту кальция. 2.2.4 Рубидий В золе тканей человека - до 0,01%, в крови - 0,00032% (у мужчин) и 0,00028% (у женщин). Обмен рубидия в организме изучен слабо. 2.2..5 Цезий В организме человека 137Cs распределён относительно равномерно, но преимущественно в тканях, преимущественно накапливающих калий и не оказывает значительного вредного действия. 32 2.2.6 Франций Все известные изотопы франция нестабильны с периодом полураспада от долей секунды до 21 минуты. Какой-либо заметной роли в жизнедеятельности биологических объектов не играет. 2.3 Вторая подгруппа группа периодической системы. Главная 2.3.1 Бериллий Токсичный ультрамикроэлемент. Попадает в организм человека, как с пищей, так и через легкие. Общее количество бериллия колеблется от 0,4 до 40 мкг. Постоянно присутствует в крови, костной и мышечных тканях. Принимает участие: - в регуляции фосфорно-кальциевого обмена; - в поддержании иммунного статуса организма. При накоплении Be в организме поражаются: - легочная ткань (фибриоз); - кожа (экземы, эритемы); - миокард; - печень; - кости . 2.3.2 Магний В организме взрослого человека содержится 25 г магния, который концентрируется в печени, поперечно-полосатой мускулатуре, почках, головном мозге, эритроцитах. Магний регулирует биоэнергетические процессы организма, сердечнососудистую систему, уровень жиров в крови, стимулирует образование белков, обеспечивает проницаемость мембран, снижает возбуждение в нервных клетках. Потери магния связаны с хроническим перенапряжением, стрессами, различными интоксикациями, избыточным употреблением кофе и алкоголя. Баланс магния в организме может нарушить чрезмерное употребление лимонадов, колбасных изделий, консервов. Аспарагинат, цитрат и другие органические соли магния используют в биологически активных добавках и лекарственных препаратах с широким спектром действия, нетоксичен для человека. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: 33 - нарушение всасывания (дисбактериоз кишечника, дуоденит); - алкоголизм; - хронический стресс; - диабет; - длительное применение мочегонных, противоопухолевых препаратов. При дисбалансе магния страдают: - сосуды (спазмы, гипертония); - надпочечники (истощение функции); - сердце (нарушение ритма); - костная ткань (остеопороз, пародонтоз); - желчевыводящая система; - щитовидная железа; - поджелудочная железа (нарушение синтеза инсулина). Суточная потребность человека в этом элементе - 0,3-0,5 г, в детском возрасте, а также при беременности и лактации эта потребность выше. Нормальное содержание в крови - примерно 4,3 мг%, при повышенном содержании наблюдаются сонливость, потеря чувствительности, иногда паралич скелетных мышц. В организме он накапливается в печени, затем значительная его часть переходит в кости и мышцы. В мышцах магний участвует в активировании процессов анаэробного обмена углеводов. Его антагонистом в организме является кальций. Нарушение магниево-кальциевого равновесия наблюдается при рахите, когда магний из крови переходит в кости, вытесняя из них кальций. Главное "депо" магния находится в костях и мышцах: в костях фосфорнокислого магния содержится 1,5%, в эмали зубов - 0,75% (в кариозных зубах - 0,83-1,88%). Ежедневная потребность в магнии 0,250-0,350 г. Магний является необходимой составной частью всех клеток и тканей, участвуя вместе с ионами других элементов в сохранении ионного равновесия жидких сред организма, входит в состав ферментов, связанных с обменом фосфора и углеводов, активирует фосфатазу плазмы и костей и участвует в процессе нервно-мышечной возбудимости. Магний поступает в организм с пищей, водой и солью. Особенно богата магнием растительная пища необработанные зерновые, фиги, миндаль, орехи, темно-зеленые овощи, бананы. Избыток магния оказывает в основном слабительный эффект (особенно сульфат магния). При снижении концентрации магния в крови наблюдаются симптомы возбуждения нервной системы вплоть до судорог. Уменьшение магния в организме 34 приводит к увеличению содержания кальция. Избыток магния может приводить к дефициту кальция и фосфора. Установлено, что ионы магния в клетках образуют комплексы с нуклеиновыми кислотами, также они необходимы для передачи нервного импульса, сокращения мышц и метаболизма углеводов. Чрезмерно большое содержание магния в рационе может вызвать потерю чувствительности. Слабительное действие английской соли MgSO4*7H2O основано на почти полной непроницаемости стенок кишечника для ионов Mg2+, из-за чего происходит осмотический перенос воды в кишечник через его стенки. 2.3.3 Кальций В организме взрослого человека присутствует около 1000 г. кальция, в основном в твердых тканях. Он играет важную роль в функционирования миокарда, нервной системы, кожи и костной ткани. Избыток кальция приводит к дефициту цинка и фосфора, но обеспечивает активную деятельность мышц. Нехватка кальция приводит к костным заболеваниям (остеопороз).У людей, которые занимаются физическим трудом, усвоение кальция намного эффективнее, чем у малоподвижных. Восполнить нехватку кальция можно, проводя несколько раз в год прием кальцийсодержащих препаратов. Кальций препятствует накоплению токсичного свинца в костных тканях. Нетоксичен для человека. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - неправильное питание; - заболевания, гиперфункция щитовидной железы; - остеопороз; - заболевания почек; - панкреатит; - беременность и лактация. При дисбалансе кальция страдают: - костная ткань (остеопороз, переломы); - мышечная ткань (судороги, повышенная возбудимость, боли в мышцах); - почки; - щитовидная железа; - иммунная система; - кроветворение (плохая свертываемость). Ионы кальция и магния изоэлектронны с рассмотренными ранее ионами первой группы - натрием и калием. Однако в остальном 35 свойства ионов ионов магния и кальция с одной стороны и натрия и калия, с дугой, сильно отличаются. Общее содержание кальция в организме человека составляет примерно 1,9 % общего веса человека, при этом 99 % всего кальция приходится на долю скелета и лишь 1 % содержится в остальных тканях и жидкостях организма. Суточная потребность в кальции для взрослого человека находится в пределах от 0,45 до 1,2 г в день. Кальций в пище, как растительной, так и животной, находится в виде нерастворимых солей. Всасывание их в желудке почти не происходит, абсорбция связана с верхней частью тонких кишок, главным образом 12-перстной кишкой. Здесь на всасывание оказывают большое влияние желчные кислоты. Физиологическая регуляция уровня кальция в крови осуществляется гормонами паращитовидных желез и витамином D через посредство нервной системы. Кальций участвует во всех жизненных процессах организма. Нормальная свертываемость крови происходит только в присутствии солей кальция. Кальций играет важную роль в нервно-мышечной возбудимости тканей. При увеличении в крови концентрации ионов кальция и магния нервно-мышечная возбудимость уменьшается, а при увеличении концентрации ионов натрия и калия - повышается. Кальций играет определенную роль и в нормальной ритмической работе сердца. При недостатке кальция наблюдаются: тахикардия, аритмия, побеление пальцев рук и ног, боли в мышцах, рвота, запоры, почечная колика, печеночная колика, повышенная раздражительность, дезориентация, галлюцинации, спутанность сознания, потеря памяти, тупость. Волосы делаются грубыми и выпадают, ногти становятся ломкими, кожа утолщается и грубеет, на эмали зубов появляются ямки, желобки, образуются дефекты в дентине, хрусталик - теряет прозрачность. Кроме недостатка кальция, недостаток витамина D, особенно у детей, ведет к развитию характерных рахитических изменений. При избытке кальция наблюдаются: хронический гипертрофический артрит, кистозная и фиброзная остеодистрофия, остеофиброз, мышечная слабость, затруднение координации движений, деформация костей позвоночника и ног, самопроизвольные переломы, переваливающаяся походка, хромота, тошнота, рвота, боли в брюшной полости, дизурия, хронический гломерулонефрит, полиурия, частые мочеиспускания, никтурия, анурия. При избытке кальция наблюдаются сильные сердечные сокращения и остановка сердца в систоле. 36 Избыток кальция может приводить к дефициту цинка и фосфора, в то же время препятствует накоплению свинца в костной ткани. 2.3.4 Стронций Попадает в организм вместе с пищей, в количестве до 3мг. в сутки. Депонируется в основном в костной ткани, лимфатических узлах, легких. При избыточном поступлении стронция возникает, так называемый «стронциевый рахит» (ломкость костей) и «уровская болезнь» - эндемическое заболевание, обнаруженное у населения, проживающего около реки Уров (Восточная Сибирь). Оценка содержания стронция в организме проводится по результатам исследований крови, мочи, волос. Средний уровень стронция в плазме крови составляет 20 - 70 мкг/л, в моче - 30 - 250 мкг/л, в волосах - 0,5 5,0 мкг/г. Особо опасен радиоактивный стронций-90, который при попадании в состав костной ткани облучает костный мозг и нарушает кроветворные процессы. В организм человека он поступает в основном с коровьим молоком и рыбой и накапливается главным образом в костях. Величина отложения 90Sr в организме животных и человека зависит от возраста особи, количества поступающего радионуклида, интенсивности роста новой костной ткани и других факторов. Большую опасность 90Sr представляет для детей, в организм которых он поступает с молоком и накапливается в быстро растущей костной ткани. 2.3.4 Барий Барий относят к токсичным ультрамикроэлементам. Оценка содержания бария в организме проводится по результатам исследований крови, мочи, волос. Установлено, что при ишемической болезни сердца, хронической коронарной недостаточности, заболеваниях органов пищеварения содержание бария в тканях снижается. Достоверные данные о клинических проявлениях, вызванных дефицитом бария, отсутствуют. При повышенном поступлении в организм человека барий может оказывать токсическое действие по отношению к нервной и сердечно-сосудистой системам, нарушать кроветворение. Барий может участвовать в развитии уровской болезни, эндемического заболевания суставов с нарушением процессов окостенения, роста, преждевременным изнашиванием костносуставного аппарата. Предполагаемые причины – нарушение 37 поступления в организм минеральных веществ (избыток стронция, бария, недостаток кальция) Доза 0,2-0,5 г хлористого бария вызывает у человека острое отравление, 0,8-0,9 г - смерть. В то же время для рентгеновского исследования желудочно-кишечного тракта применяют взвесь в воде сульфата бария, который не оказывает ядовитого действия из-за низкой растворимости. Частично барий попадает в окружающую среду в результате деятельности человека, однако в воду он попадает в основном из природных источников. Как правило, содержание бария в подземных водах невелико. Однако в районах, где залегают содержащие барий минералы (барит, витерит), его концентрация в воде может составлять от единиц до нескольких десятков миллиграмм на литр. Содержание бария в воде также зависит от свойств самой воды, в частности от наличия в ней сульфатов, так как сульфат бария имеет крайне низкий предел растворимости (2.2 мг/л при 18 oС), он легко выпадает в осадок и относительно высокое содержание бария возможно только в водах с низким содержанием сульфатов. Барий. Влияние на качество воды Наибольшую опасность в воде представляют высоко растворимые токсичные соли бария, однако они имеют тенденцию переходить в менее токсичные и слаборастворимые соли (сульфаты и карбонаты). Барий не относиться к числу высокоподвижных элементов. Будучи достаточно крупным катионом, барий довольно хорошо сорбируется глинистыми частицами, гидроксидами железа и марганца, органическими коллоидами, что также снижает его подвижность в воде. Барий. Пути поступления в организм Основным путем поступления бария в организм человека является пища. Так, некоторые морские обитатели способны накапливать барий из окружающей воды, причем в концентрациях в 7-100 (а для некоторых морских растений до 1000) раз, превышающих его содержание в морской воде. Некоторые растения (соевые бобы и помидоры, например) также способны накапливать барий из почвы в 2-20 раз. Однако в районах, где концентрация бария в воде высока, питьевая вода также может внести вклад в суммарное потребление бария. Поступление бария из воздуха незначительно. 38 Барий. Потенциальная опасность для здоровья В ходе научных эпидемиологических исследований, проведенных под эгидой ВОЗ, не нашли подтверждения данные о связи между смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний и содержанием бария в питьевой воде. В краткосрочных исследованиях на добровольцах не было выявлено вредного эффекта на сердечнососудистую систему при концентрациях бария до 10 мг/л. Правда, при опытах на крысах, при употреблении последними воды даже с невысоким содержанием бария, наблюдалось повышение систолического кровяного давления. Это свидетельствует о потенциальной опасности повышения кровяного давления и у людей при длительном употреблении воды, содержащий барий (такие данные есть у USEPA). Данные USEPA также свидетельствуют о том, что даже разовое употребление воды, содержание бария в которой значительно превосходит максимально допустимые значения, может привести к мышечной слабости и болям в брюшной области. Необходимо, правда, учесть, что норматив по барию, установленный стандартом качества USEPA (2.0 мг/л) значительно превосходит величину, рекомендованную ВОЗ (0.7 мг/л). Российскими санитарными нормами установлено еще более жесткое значение ПДК по барию в воде - 0.1 мг/л. Биологическая роль бария недостаточно изучена. По крайней мере, он не входит в число эссенциальных (жизненно важных) или условно - эссенциальных микроэлементов 2.3.5 Радий В организм животных и человека поступает с пищей, в которой он постоянно присутствует (в пшенице 20-26×10-15г/г, в картофеле 67125×10-15г/г, в мясе 8×10-15 г/г), а также с питьевой водой (около 10%). Суточное поступление в организм человека 226Ra с пищей и водой составляет 2,3×10-12 кюри, а потери с мочой и калом 0,8×10-13 и 2,2×1012 кюри. Около 80% поступившего в организм радия (он близок по химическим свойствам Ca) накапливается в костной ткани. Содержание Ra в организме человека зависит от района проживания и характера питания. Большие концентрации в организме оказывают влияние на животных и человека, вызывая болезненные изменения в виде остеопороза, самопроизвольных переломов, опухолей. Действие радия, прежде всего, обусловлена его радиоактивностью, он накапливается, в основном, в костной ткани, поэтому одним из признаков радиевой интоксикации является лучевое 39 поражение костей, их деструкция, развитие радиационного остеита, который приводит к повышенной хрупкости и патологическим переломам кости. Радиационный остеит челюстных костей, как правило, осложняется инфекцией и протекает как хронический остеомиелит. 2.4 Третья подгруппа группа периодической системы. Главная 2.4.1 Бор Среднесуточная потребность в организме человека в боре составляет 1 - 2 мг. Доказана роль бора в регуляции метаболизма витамина D3, кальция и магния. Соединения бора обладают противовоспалительным и противоопухолевым эффектами, снижают уровень жиров в крови. При острой интоксикации соединениями бора (бура, борная кислота) наблюдается рвота и другие диспепсические расстройства, шок. Пути попадания: - при сталелитейном производстве; - в стекольной и химической промышленности; - производство синтетических моющих средств. 2.4.2 Алюминий Содержание алюминия в организме человека – 30-50 мг., по некоторым данным - около 60 мг алюминия. Основное количество приходится на яичники, мышцы, мозг, легкие, лимфатические узлы. Алюминий участвует в образовании белковых и фосфатных комплексов, в построении соединительной ткани, эпителии, регенерации костной ткани, деятельности пищеварительных ферментов. Избыточное накопление алюминия приводит к нарушению структуры костной ткани, функции почек, головного мозга. Токсическая доза для человека составляет 5 г. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - питьевая вода; - бытовая техника; - диализ; - лекарства (антациды, антисептики, детергены); - дезодоранты; - консервы, упаковка, посуда; - керамические зубы, протезы . 40 Дисбаланс алюминия отражается на работе: - почек; - костной системы; - центральной нервной системы; - легких; - системы кроветворения; - яичников, матки, молочных желез4 По другим источникам, содержится в основном в костях и мышцах. Биологическая роль не установлена Суточная потребность: В организм человека алюминий ежедневно поступает с пищей в количестве около 2-3 мг. Метаболизм: Алюминийорганические соединения содержат в молекуле атом алюминия, непосредственно связанный с углеродом. Известны алюминийорганические соединения типа R3Al, R2AlX, RAlX2, где R - органический радикал, Х - галоген, водород или OR. Алюминийорганические соединения - компоненты катализаторов, так называемые катализаторы циглеранатты, синтеза стереорегулярных полимеров. 2.4.3 Галлий Галлий содержится в организме в ультрамикроколичествах (0,01-0,06 мкг/г). Нитрат галлия используется в лечении гиперкальциемии у раковых больных, угнетает активность остеокластов. В качестве индикаторов при определении элементного статуса галлия используются моча, волосы, кровь. При отравлении галлием может, наблюдается поражение нервной системы, морфологические изменения в печени, почках, значительные колебания в содержании калия и натрия в сыворотке крови, повреждения слизистых желудочно-кишечного тракта. 2.4.4 Индий Индий – рассеянный элемент, его действие на организм человека малоизученно. Изотопы индия – 113 и 115 устойчивы, остальные претерпевают ядерные превращения по типу электронного или позитронного распада или К-захвата. Период полураспада радиоактивных изотопов индия измеряется секундами или минутами. В НРБ отмечено, что критическими органами для радиоизотопов индия являются ЖКТ, нижние или верхние отделы толстого кишечника, а для индия-114, также почка, селезенка и легкие. 41 2.4.5 Таллий У млекопитающих он хорошо всасывается из желудочнокишечного тракта, накапливаясь главным образом в селезёнке и мышцах. У человека ежесуточное поступление с продуктами питания и водой составляет около 1,6 мкг, с воздухом - 0,05 мкг. Биологическая роль этого элемента в организме не выяснена, известна его высокая токсичность для млекопитающих и человека. Отравления таллием и его соединениями возможны при их получении и практическом использовании. Он проникает в организм через органы дыхания, неповрежденную кожу и пищеварительный тракт. Выводится из организма в течение длительного времени, преимущественно с мочой и калом. Острые, подострые и хронические отравления имеют сходную клиническую картину, различаясь выраженностью и быстротой возникновения симптомов. В острых случаях через 1-2 суток появляются признаки поражения желудочнокишечного тракта (тошнота, рвота, боли в животе, понос, запор) и дыхательных путей. Через 2-3 недели наблюдаются выпадение волос, явления авитаминоза (сглаживание слизистой оболочки языка, трещины в углах рта и т. д.). В тяжёлых случаях могут развиться полиневриты, психические расстройства, поражения зрения Таллий обладает выраженной токсичностью, нарушает функционирование различных ферментных систем, ингибирует их и препятствует синтезу белков. Токсичность соединений таллия для человека выше, чем у свинца и ртути. Концентрируется в почках, печени, мышцах, щитовидной железе, очень хорошо всасывается в кишечнике. В медицине используются соединения таллия. Их применяют, в частности, для удаления волос при стригущем лишае – соли таллия в соответствующих дозах приводят к временному облысению. Широкому применению солей таллия в медицине препятствует то обстоятельство, что разница между терапевтическими и токсичными дозами этих солей невелика, а высокая токсичность таллия и его солей требует, осторожного обращения с ними. В 1920 г. в Германии был получен патентованный яд против грызунов, в состав которого входил сульфат таллия Tl2SO4. Это вещество без вкуса и запаха иногда входит в состав инсектицидов и зооцидов и в наши дни. 42 2.5 Четвертая группа периодической системы. Главная подгруппа 2.5.1 Углерод Углерод - важнейший биогенный элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного числа органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (биополимеры, а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества - витамины, гормоны, медиаторы и др.). Возникновение и развитие жизни на Земле рассматривается в современной науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений. Уникальная роль углерода в живой природе обусловлена его свойствами, которыми в совокупности не обладает ни один другой элемент периодической системы. Между атомами углерода, а также между углеродом и другими элементами образуются прочные химические связи, которые, однако, могут быть разорваны в сравнительно мягких физиологических условиях (эти связи могут быть одинарными, двойными и тройными). Способность углерода образовывать 4 равнозначные валентные связи с другими атомами углерода создаёт возможность для построения углеродных скелетов различных типов - линейных, разветвленных, циклических (подробнее о химических свойствах углерода смотрите во второй части пособия) . Показательно, что всего три элемента - С, О и Н - составляют 98% общей массы живых организмов. Этим достигается определённая экономичность в живой природе: при практически безграничном структурном разнообразии углеродистых соединений небольшое число типов химических связей позволяет намного сократить количество ферментов, необходимых для расщепления и синтеза органических веществ. Особенности строения атома углерода лежат в основе различных видов изомерии органических соединений (способность к оптической изомерии оказалась решающей в биохимической эволюции аминокислот, углеводов и некоторых алкалоидов). Содержание углерода в живых организмах в расчёте на сухое вещество составляет: 34,5-40 % у водных растений и животных, 45,446,5 % у наземных растений и животных и 54 % у бактерий. В процессе жизнедеятельности организмов, в основном за счёт тканевого дыхания, происходит окислительный распад органических соединений с выделением во внешнюю среду CO2. Углерод выделяется также в составе более сложных конечных продуктов 43 обмена веществ. Такие соединения углерода, как HCN, CO, CCl4, преобладавшие в первичной атмосфере Земли в добиологический период, в дальнейшем, в процессе биологической эволюции, превратились в сильные антиметаболиты обмена веществ. Помимо стабильных изотопов углерода, в природе распространён радиоактивный 14C (в организме человека его содержится около 0,1 мккюри). С использованием изотопов углерода в биологических и медицинских исследованиях связаны многие крупные достижения в изучении обмена веществ и круговорота углерода в природе. 2.5.2 Кремний В организме усваивается 4% от общего количества поступающего кремния. Максимальное количество кремния обнаружено в стенках аорты, трахеи, ткани сухожилий, лимфатических узлах. Кремний необходим для выработки коллагена – основного компонента соединительной ткани, обеспечивающей гибкость и эластичность суставов, хрящей, сосудов, кожи. Избыточное поступление кремния может повлечь за собой особое заболевание легких – силикоза. Недостаток кремния указывает на слабость соединительной ткани, склонность к заболеваниям волос, ломкости ногтей. При дефиците кремния замечается плохое заживление ран и снижается способность к срастанию сломанных конечностей. Так же уменьшается неспецифическая сопротивляемость организма к новообразованиям, инфекционным и воспалительным заболеваниям. Нетоксичен для человека. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - старение, быстрый рост; - физические перегрузки; - растения, питьевая вода с пониженным/высоким содержанием Si; - запыленность жилого помещения. Дисбаланс кремния отражается на: - иммунной системе (снижение сопротивляемости к заболеваниям, риск новообразований); - костной ткани (остеопороз, пародонтоз, артрозы, склонность к травмам); - сосудах (ранний атеросклероз, повышенный уровень холестерина); - легких (болезни легких, верхних дыхательных путей); 44 - кожи (сухость); - волосах (выпадение, ломкость); - ногтях (дистрофия, плохой рост); - желудочно-кишечном тракте (воспалительные процессы). Общее содержание кремнезема в теле человека - около 0,001%, среднее содержание SiO2 в крови человека составляет от 5,9 до 10,6 мг в 1 мл. В организме человека кремний обнаружен во всех органах и тканях: в легких, в волосах, гладких мышцах желудка, в надпочечниках, в фибрине, в цельной крови. Кремнезем необходим для прочности и эластичности эпителиальных и соединительнотканных образований. В наибольших количествах кремний обнаружен в плотной соединительной ткани, почках, поджелудочной железе. В суточном рационе человека содержится его до 1 г. Эластичность кожи, сухожилий, стенок сосудов обусловлена в значительной степени содержащимся в них кремнием. Кремнезем играет роль в сохранении кожей нормального тургора, что связано со способностью коллоидов, содержащих кремнезем, к набуханию. Кремнезем токсически действует на организм человека, только будучи превращен в тончайшую пыль, попадающую в легкие при вдыхании. При высоком содержании в воздухе пыли двуокиси кремния она попадает в лёгкие человека и вызывает заболевание силикоз. Недостаток кремния встречается достаточно редко. При его недостатке могут наблюдаться: слабая деятельность лейкоцитов при инфекционном процессе, плохое заживление ран, снижение аппетита, кожный зуд, снижение эластичности тканей, снижение тургора кожи, повышение проницаемости сосудов и, как следствие, геморрагические проявления. 2.5.3 Германий Германий используется в полупроводниковых материалах для электронных приборов (транзисторы, диоды), для линз в инфракрасных приборах, детекторов ионизирующего излучения. В настоящее время препараты германия используются в лечении онкологических больных. Отходы угледобывающей и коксовой промышленности служат источником загрязнения окружающей среды германием. Основным индикаторы элементного статуса германия является моча, а также в другие биосубстраты. Неорганические соли германия более токсичны, чем органические. 45 Впервые о пользе германия для здоровья заговорили в Японии. В 1967 году доктор К.Асаи обнаружил, что германий обладает широким спектром биологического действия: обеспечивает перенос кислорода в тканях организма, уменьшает проявления болевого синдрома, повышает иммунный статус организма, проявляет антиопухолевую активность. Основное действие германия: - перенос кислорода в тканях организма - германий в крови ведет себя аналогично гемоглобину. Он участвует в процессе переноса кислорода к тканям организма, что гарантирует нормальное функционирование всех систем организма и предупреждает развитие кислородной недостаточности в органах, наиболее чувствительных к гипоксии: центральной нервной системе, мышце сердца, ткани почек и печени; - стимулирует иммунитет - германий в виде органических соединений способствует продукции гамма-интерферонов, которые подавляют процессы размножения быстро делящихся микробных клеток, активируют макрофаги и специфические клетки иммунитета (Т-киллеры); - противоопухолевое - германий задерживает развитие злокачественных новообразований и препятствует появлению метастазов, а также обладает защитными свойствами против радиоактивного облучения. Механизм действия связывают с взаимодействием атома германия с отрицательно заряженными частицами опухолевых образований, когда германий лишает опухолевую клетку "лишних" электронов и повышает её электрический заряд, что приводит к гибели опухоли; биоцидное (противогрибковое, противовирусное, антибактериальное) органические соединения германия стимулируют продукцию интерферона - защитного белка, вырабатываемого организмом в ответ на внедрение чужеродных микроорганизмов; - снимает боль - болевые ощущения передаются от нездорового органа в центральную нервную систему по своеобразной электронной цепи. Органические соединения германия прекращают движение электронов в нервных клетках, тем самым, останавливая боль. Германий содержится в чесноке, бобах, хлорелле, женьшене, грибах, алоэ, перловой крупе. 46 2.5.4 Олово Относится к токсичным микроэлементам. За сутки в организм человека поступает до 50 мг олова, в основном с пищей. Концентрируется олово в костной ткани, сердце, почках и тонком кишечнике. Повышенное содержание олова в волосах может быть следствием контакта с этим элементом на производстве и в быту. С избытком олова в организме может быть связано снижение аппетита, металлический привкус во рту, боли в животе, поносы, тошнота, хотя в целом олово не относится к особо токсичным металлам. Олово входит в состав специальных ферментов, влияющих на рост. Пути попадания в организм: - консервы; - упаковочная фольга; - фторсодержащие зубные пасты. Органические соединения олова, особенно ди- и триалкильные, обладают выраженным действием на центральную нервную систему. Признаки отравления триалкильными соединениями: головная боль, рвота, головокружение, судороги, парезы, параличи, зрительные расстройства. Нередко развиваются коматозное состояние, нарушения сердечной деятельности и дыхания со смертельным исходом. Токсичность диалкильных соединений несколько ниже, в клинической картине отравлений преобладают симптомы поражения печени и желчевыводящих путей. Отдельные случаи отравлений, описанные в литературе, повидимому, вызваны выделением AsH3 при случайном попадании воды на отходы его очистки от мышьяка. У рабочих оловоплавильных заводов при длительном воздействии пыли окиси Sn (чёрное олово SnO) могут развиться пневмокониозы, у рабочих, занятых изготовлением оловянной фольги, иногда отмечаются случаи хронической экземы. Тетрахлорид олова (SnCl4·5H2O) при концентрации его в воздухе свыше 90 мг/м3 раздражающе действует на верхние дыхательные пути, вызывая кашель, попадая на кожу, хлорид Sn вызывает её изъязвления. Сильный судорожный яд - оловянистый водород (станнометан - SnH4), но вероятность образования его в производственных условиях ничтожна. Тяжёлые отравления при употреблении в пищу давно изготовленных консервов могут быть связаны с образованием в консервных банках SnH4 (за счёт действия на полуду банок органических кислот содержимого). Для острых 47 отравлений оловянистым водородом характерны судороги, нарушение равновесия, возможен смертельный исход. 2.5.5 Свинец В организм человека он попадает с пищей (около 0,22 мг), водой (0,1 мг), пылью (0,08 мг). Безопасный суточный уровень поступления для человека 0,2-2 мг. Выделяется главным образом с калом (0,22-0,32 мг), меньше с мочой (0,03-0,05 мг). В теле человека содержится в среднем около 2 мг свинца (в отдельных случаях - до 200 мг). У жителей промышленно развитых стран содержание в организме выше, чем у жителей аграрных стран, у горожан выше, чем у сельских жителей. Основное депо свинца - скелет (90% всего пула организма): в печени накапливается 0,2-1,9 мкг/г, в крови - 0,15-0,40 мкг/мл, в волосах - 24 мкг/г, в молоке -0,005-0,15 мкг/мл, содержится также в поджелудочной железе, почках, головном мозге и др. органах. Концентрация и распределение свинца в организме животных близки к показателям, установленным для человека. При повышении уровня в окружающей среде возрастает его отложение в костях, волосах, печени. Биологические функции не установлены. Роль свинца в жизнедеятельности организма изучена не достаточно. С одной стороны свинец участвует в обменных процессах костной ткани, с другой – является канцерогеном и тератогеном. При избытке свинца поражаются органы сердечно-сосудистой системы и кроветворения, большой урон наносится нервной системе. У мужчин удержание свинца в организме выше, чем у женщин. Токсическая доза для человека 1 мг. Пути попадания свинца в организм: - выхлопные газы; - краски; - керамика; - питьевая вода; - при производстве аккумуляторов, кабелей, цветная металлургия, защита от облучения, типографские работы; - медицинские средства (свинцовые пластыри, ацетат свинца); - морская пища, печень, почки животных, красное вино. Дисбаланс свинца отражается на работе: - эритропоэтической системы; - периферической и центральной нервных системах; - почек; - гладкой мускулатуры; 48 - репродуктивной системы. Концентрация свинца в костях современного человека в 700,1200 раз превышает его содержание в скелетах людей живших 1600 лет назад. При изучении циркуляции свинца в пищевых цепях было показано, что перенос на биоту взвешенного в воздухе свинца может происходить прямым (за счет выпадения осадков через надземные части растений) и/или косвенным путем (через почву), - растения получают свинец из воздуха и из почвы, хотя межвидовые различия при этом весьма значительны. Перенос этого тяжелого металла от растений животным недостаточно прослежен. Люди подвергаются воздействию свинца при потреблении загрязненных пищи и воды, а также и при дыхании. Кроме того, дети могут получать свинец и через краски, и грудное молоко, а также при употреблении продуктов, не предназначенных для питания. Свинец характеризуется широким спектром вызываемых им токсических эффектов на различных представителей биоты. Механизм его действия обусловлен ингибированием ферментов детоксикации ксенобиотиков и таким образом воздействие свинца приводит к биохимическим сдвигам, в частности к нарушению функции ряда митохондриальных или цитозольных ферментов (гемосинтетазы, копропорфириногеноксидазы, омегааминолевулинатдегидратазы), свинец угнетает образование цитохома Р-450 и цитохромоксидазы. В картине свинцового отравления можно выделить ряд клинических синдромов: - изменения со стороны нервной системы включают в себя: а) астенический синдром,- функциональные расстройства ЦНС (головные боли, утомляемость, ухудшение памяти); б) энцефалопатии (от головных болей и эпилептических припадков до "свинцовых менингитов" и нарушений речевой и слуховой функций); в) двигательные расстройства,- парезы и параличи, полиневриты с преимущественным поражением мышц, - разгибателей, г) поражение зрительных анализаторов. - изменения системы крови, - от ретикулоцитоза, анизоцитоза и микроцитоза до свинцовой анемии, чаще олигохромной; - эндокринные и обменные нарушения (ферментативные расстройства, нарушения обмена порфиринов, менструальной и детородной функций); 49 - изменения со стороны желудочно-кишечного тракта (от тошноты, изжоги до свинцовых колик); - изменения со стороны сердечно-сосудистой системы (аритмия, синусовая брадикардия или тахикардия, вазоневроз); - нарушения функции почек. Эпидемиологические исследования среди рабочих плавильных и аккумуляторных заводов не показали канцерогенности свинца. Вместе с тем в ряде исследований были обнаружены хромосомные аберрации в крови лиц, профессионально контактирующих с солями свинца, однако в других работах кластогенных эффектов не обнаружено. Пути поступления свинца в организм человека Опасность свинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностью накапливаться в организме. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью: малотоксичен стеарат свинца, токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца, сульфат свинца), высокотоксичны алкилированные соединения, в частности, тетраэтилсвинец. Однако на практике, как правило, анализируется только общее содержание свинца в различных компонентах окружающей среды, продовольственном сырье и пищевых продуктах, без дифференциации на фракции и идентификации вида соединений. В организм человека большая часть свинца поступает с продуктами питания (от 40 до 70% в разных странах и по различным возрастным группам), а также с питьевой водой, атмосферным воздухом, при курении, при случайном попадании в пищевод кусочков свинец содержащей краски или загрязненной свинцом почвы. С атмосферным воздухом поступает незначительное количество свинца - всего 1-2%, но при этом большая часть свинца абсорбируется в организме человека. В атмосферном воздухе большинства городов, среднегодовая концентрация варьирует в пределах 0,01-0,05 мкг/м3, что значительно ниже ПДК - 0,3 мкг/мз. В таких условиях живет ориентировочно до 44 млн. горожан. Около 10 млн. человек проживает в городах с более высоким содержанием свинца - от 0,1 до 0,2 мкг/м3. В питьевой воде различных стран мира содержание свинца изменяется в пределах 1- 60 мкг/л и в большинстве европейских стран не превышает 20 мкг/л. Возможно, что существует проблема загрязнения питьевых вод в районах расположения плавильных 50 заводов или мест складирования промышленных отходов с высоким содержанием свинца. Загрязненная свинцом почва является источником его поступления в продовольственное сырье и непосредственно в организм человека, особенно детей. Наиболее высокие концентрации свинца обнаруживаются в почве городов, где расположены предприятия по выплавке свинца, производству свинец содержащих аккумуляторов или стекла. В продовольственное сырье и пищевые продукты свинец может поступать из почвы, воды, воздуха, кормов сельскохозяйственных животных по ходу пищевой цепи. Кроме того, определенное значение имеет и возможность прямого загрязнения при производстве готовых изделий. Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются в консервах в жестяной таре, рыбе свежей и мороженной, пшеничных отрубях, желатине, моллюсках и ракообразных. Высокое содержание свинца наблюдается в корнеплодах и других растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районов и вдоль дорог. Загрязнение продуктов в сборной жестяной банке объясняется тем, что припой, используемый при сварке швов, содержит до 60% свинца, а используемые покрытия не выдерживают "агрессивной" среды продукта. Расчетное поступление свинца в среднем на душу населения в постсоветском пространстве за год составляет 65,25 мг или 1,25 мг на одного человека в неделю. В некоторых промышленных городах поступление свинца с продуктами питания несколько выше: у 10% обследуемого населения превышает величину 2 мг/чел. в неделю. В суточном рационе детей в возрасте 1-3 года, потребление свинца составляет 14 мкг, в возрасте 4-6 лет - 64 мкг, 7-14 лет - 68 мкг и в возрасте 14-17 лет -87 мкг, следовательно, поступление свинца с продуктами питания для детей до 7 лет изменяется в зависимости от возраста в пределах 14-68 мкг/сутки. По результатам официальной статистики среди профессиональных интоксикаций - свинцовая занимает первое место. Так, в 1994 г. среди всех острых и хронических профессиональных отравлений удельный вес свинцовой интоксикации составил 11,7%. Количество пострадавших составило 7,5 чел. на 10 000 работающих, из них 3,54 - с утратой трудоспособности. Удельный вес свинцовой интоксикации в структуре профессиональных отравлений, диагностированных в России, увеличился с 9,4% в 1991 г. до 11,6% в 1995 г. 51 Среди рабочих, пострадавших от воздействия свинца, около 40% составляют женщины. Для женщин свинец представляет особую опасность, так как этот элемент обладает способностью проникать через плаценту и накапливаться в грудном молоке. ВОЗ отмечает возможность риска спонтанных абортов при повышенной концентрации свинца в крови беременных работниц и увеличения числа хромосомных аберраций у рабочих при высоком содержании свинца в крови. Отравления свинцом и его соединениями возможны при добыче руд, выплавке винца, при производстве свинцовых красок, в полиграфии, гончарном, кабельном производствах, при получении и применении тетраэтилсвинца и др. Бытовые отравления возникают редко и наблюдаются при употреблении в пищу продуктов, которые длительно хранили в глиняной посуде, покрытой глазурью, содержащей свинцовый сурик или глёт. Свинец и его неорганические соединения в виде аэрозолей проникают в организм в основном через дыхательные пути, в меньшей степени, - через желудочно-кишечный тракт и кожу. В крови он циркулирует в виде высокодисперсных коллоидов, - фосфата и альбумината. Выделяется свинец в основном через кишечник и почки. В развитии интоксикации играют роль нарушение порфиринового, белкового, углеводного и фосфатного обменов, дефицит витаминов С и B1, функциональные и органические изменения центральной и вегетативной нервной системы, токсическое влияние свинца на костный мозг. Отравления могут быть скрытыми (т. н. носительство), протекать в лёгкой, средней тяжести и тяжёлой формах. Наиболее частые признаки отравления свинца: - кайма (полоска лиловато-аспидного цвета) по краю дёсен; - землисто-бледная окраска кожных покровов; - ретикулоцитоз и другие изменения крови; - повышенное содержание порфиринов в моче; - наличие свинца в моче в количествах 0,04,-0,08 мг/л и более и т. д. Поражение нервной системы проявляется астенией, при выраженных формах, энцефалопатией, параличами (преимущественно разгибателей кисти и пальцев рук), полиневритом. При т. н. свинцовой колике возникают резкие схваткообразные боли в животе, запор, продолжающиеся от нескольких часов до 2,-3 недель, нередко колика сопровождается тошнотой, рвотой, подъёмом артериального давления, температуры тела до 37,5,-38 °С. При 52 хронической интоксикации возможны поражения печени, сердечнососудистой системы, нарушение эндокринных функций (например, у женщин, - выкидыши, дисменорея, меноррагии и др.). Угнетение иммунобиологической реактивности способствует повышенной общей заболеваемости. Лечение: - специфические (комплексонообразователи и др.) и общеукрепляющие (глюкоза, витамины и др.) средства; - физиотерапия; - санаторно-курортное лечение. Профилактика: - замена свинца менее токсичными веществами (например, цинковые и титановые белила вместо свинцовых); - автоматизация и механизация операций в производстве свинца; - эффективная вытяжная вентиляция; - индивидуальная защита рабочих; - лечебное питание, периодическая витаминизация; - предварительные и периодические медицинские осмотры. Препараты свинца используют в медицинской практике (только наружно) как вяжущие и антисептические средства. Применяют: свинцовую воду (при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек), простой и сложный свинцовые пластыри (при гнойновоспалительных заболеваниях кожи, фурункулах) и др. Свинец и здоровье детей Основным показателем воздействия свинца на здоровье детей является уровень его содержания в крови, причем происходит постоянный пересмотр рекомендуемого нормативного содержания свинца в крови. Результаты ряда крупных международных и национальных проектов подтвердили, что при увеличении концентрации свинца в крови ребенка с 10 до 20 мкг/дл происходит снижение коэффициента умственного развития (IQ). Допустимый уровень содержания свинца в волосах - 8-9 мкг/г. Систематические исследования по определению накопления свинца в волосах населения проводятся в различных городах на территории бывшего Советского Союза с 1980 г. с использованием современных инструментальных методов. За последние 15 лет проведено исследование около 5 тыс. образцов волос детского населения, проживающего в городах с различными источниками свинцовых выбросов. 53 Эффекты воздействия свинца на здоровье детского населения рассмотрены по отдельным системам организма, на состояние которых этот металл оказывает наиболее выраженное влияние. Неврологические эффекты. У маленьких детей изменения психомоторных реакций связывают с повышенным поступлением свинца в организм при облизывании пальцев рук и игрушек, побывавших на загрязненной почве. Для детей школьного возраста характерно изменение показателя IQ. Влияние свинца проявляется также в изменениях двигательной активности, координации движений, времени зрительно- и слухомоторной реакции, слухового восприятия и памяти. Эти изменения в психоневрологическом статусе ребенка возможны и в более старшем возрасте, что выражается в трудностях обучения и поступления в высшие учебные заведения. Наиболее выражены изменения психоневрологического статуса у детей, проживающих вблизи аккумуляторных заводов металлургических заводов, при среднем содержании свинца в крови детей 9,9 ± 0,5 мкг/дл, показатель тревожности детей встречается чаще, чем в других городах, болезни нервной системы у детей первого года жизни в этом городе представлены преимущественно энцефалопатиями и судорожным синдромом, а у детей старшего возраста (неврозами, энурезами, эписиндромом. При среднем содержании свинца в крови детей 13,1 ± 0,5 мкг/дл у 76% детей отмечается задержка психического развития. При длительном поступлении свинца возникают также нефрологические эффекты. Так, среди детей дошкольного возраста, проживающих вблизи Саранского электролампового завода, являющегося источником загрязнения окружающей среды свинцом и ртутью, распространенность заболеваний мочевой системы в три раза выше, чем в контрольном районе этого же города. Воздействие свинца вызывает изменения в сердечно-сосудистой системе, патогенез поражения сердца при действии свинца связывается с поражением митохондрий, в частности с ингибированием поглощения ионов кальция. У детей с повышенным содержанием cвинца в крови (более 20 мкг/дл), проживающих вблизи аккумуляторного завода в С.-Петербурге, выявлены функциональные изменения сердечно-сосудистой системы. Загрязнение окружающей среды свинцом оказывает влияние на состояние здоровья новорожденных. Новорожденные в городах Белово Кемеровской области и Карабаш Челябинской области имеют более низкие показатели физического развития, чем в контрольном районе. В другом городе с металлургическим производством 54 Владикавказе - у женщин увеличено число случаев бесплодия, самопроизвольных абортов, токсикозов, рождения мертвых детей и детей с уродствами: дефектами развития костно-суставной системы, врожденными пороками сердца и др. Частота врожденных пороков развития выше среди детей, родители которых работают на металлургическом комбинате. В этом же городе у рабочих плавильных производств выявлено увеличение числа хромосомных аберраций. Расчеты вклада путей поступления в формируемую свинцовую нагрузку для детей, проживающих в городах России, показали преобладающую роль загрязнения продуктов питания: более 85% от общего поступления свинца в организм - таблица 12. Среднее прогнозное содержание свинца в крови детей для городов с невысоким содержанием свинца в окружающей среде близко к контрольному нормативу. В городах с высоким содержанием свинца в окружающей среде норматив может быть превышен почти вдвое. Таблица 12 - Пути поступления свинца в организм детей дошкольного возраста в городах Пути поступления свинца в Общее организм, % Характеристика поступл городов ение, питьевая почва и продукты воздух мкг/сут вода пыль питания Города с относительно 23-33 0,3 1,5 11,3 86,9 низким и средним уровнем загрязнения Города с повышенным 24-67 0,7 2,8 10,7 85,8 уровнем загрязнения 2.6 Пятая подгруппа группа периодической системы. Главная 2.6.1 Азот Азот - один из основных биогенных элементов, входящих в состав важнейших веществ живых клеток - белков и нуклеиновых кислот. Животные и человек способны лишь в ограниченной мере синтезировать аминокислоты. Они не могут синтезировать 8 незаменимых аминокислот (валин, изолейцин, лейцин, фенилаланин, 55 триптофан, метионин, треонин, лизин), и потому для них основным источником азота являются белки, потребляемые с пищей, то есть, в конечном счёте, - белки растений и микроорганизмов. Белки во всех организмах подвергаются ферментативному распаду, конечными продуктами которого являются аминокислоты. На следующем этапе в результате дезаминирования органический азот аминокислот вновь превращается в неорганический аммонийный азот. У микроорганизмов и у растений аммонийный азот может использоваться для нового синтеза амидов и аминокислот. У животных обезвреживание аммиака, образующегося при распаде белков и нуклеиновых кислот, осуществляется путём синтеза мочевины, которая затем выводятся из организма. С точки зрения обмена азота растения, с одной стороны, и животные (а также и человек), с другой, отличаются тем, что у животных утилизация образующегося аммиака осуществляется лишь в слабой мере, большая часть его выводится из организма, у растений же обмен азота «замкнут», - поступивший в растение азот возвращается в почву лишь вместе с самим растением. Процесс всасывания аминокислот из органов пищеварения требует затрат энергии, которая обеспечивается за счет распада АТФ. Не всосавшиеся аминокислоты под воздействием ферментов бактерий в толстом кишечнике превращаются в амины, жирные кислоты, оксикислоты, фенол, индол, скатол, меркаптаны, углеводороды, аммиак. Этот процесс сопровождается выделением летучих веществ, неприятно пахнущих и часто ядовитых. Превращение аминокислот под влиянием этих бактерий называют гниением. Поэтому очень полезно употребление молочнокислых продуктов, богатых микробами, губительно действующими на гнилостные бактерии. По мнению известного физиолога И.И.Мечникова, именно микроорганизмы, вызывающие кисломолочное брожение способствуя стабилизации процессов, протекающих в ЖКТ, обеспечивают постоянство внутренней среды и положительно влияют на продолжительность жизни. В качестве примера можно привести образование кадаверина из лизина – рисунок 5. Это бесцветная жидкость с tkип 178—179 °С,. легко растворимая в воде и спирте, даёт хорошо кристаллизующиеся соли. Содержится в продуктах гнилостного распада белков; образуется из лизина при его ферментативном декарбоксилировании. Ранее его относили к т. н. трупным ядам (птомаинам), однако ядовитость кадаверина относительно невелика. 56 Рисунок 5 - Схема образования кадаверина из лизина На рисунке 6 показана схема образования путресцина из орнитина. Это кристаллическое вещество с tпл 27-28 °С. Впервые обнаружен в продуктах гнилостного распада белков.. В тканях организма путресцин - исходное соединение для синтеза двух физиологически активных полиаминов - спермидина и спермина. Более опасны циклические органические вещества - фенол и крезол, образующиеся из тирозина – рисунок 7. Фенол, монооксибензол, карболовая кислота - бесцветные кристаллы с характерным запахом, розовеющие при хранении, tпл 40,9 °С, tkип 181,75°C; умеренно растворим в воде, хорошо – в спирте, эфире, ацетоне. Он обладает бактерицидным действием; в медицине (более известен как карболовая кислота) используется в виде разбавленных водных растворов для дезинфекции помещений и предметов больничного обихода. При попадании на кожу фенол вызывает ожог. Предельно допустимая концентрация в воздухе 0,005 мг/л. 57 Рисунок 6 - Схема образования путресцина из орнитина Крезолы, метилоксибензолы, метилфенолы - жидкости с неприятным специфическим запахом. Крезолы ограниченно растворимы в воде, хорошо - в органических растворителях. Это. слабые кислоты, образующие при растворении в щелочах соли, т. н. крезоляты. Рисунок 7 - Схема образования фенола и крезола из тирозина 58 Индол и скатол – продукты биохимического преобразования триптофана – рисунок 8. Индол (2,3-бензопиррол) – представляет собой бесцветные кристаллы с неприятным запахом; tпл 52 °С, tkип 254°C. Он растворим в горячей воде и органических растворителях; содержится в каменноугольной смоле, из которой его выделяют в виде солей щелочных металлов, а также в некоторых эфирных маслах (например, в масле жасмина); наряду со скатолом (3метилиндолом) индол найден в кишечнике человека и млекопитающих. Скатол (от греч. skor, родительный падеж skatos - помёт, фекалии), -метилиндол - бесцветные, с отвратительным запахом кристаллы, tпл 95 °С, tKun 265 °C; нерастворимы в воде, растворимы в органических растворителях. Сильно разбавленные растворы скатола имеют приятный цветочный запах. В небольших количествах он содержится в каменно-угольной смоле, образуется из триптофана при расщеплении белков гнилостными бактериями толстых кишок, обусловливая запах испражнений. Рисунок 8 - Схема образования индола и скатола из триптофана 59 Индол, крезол, фенол и скатол из кишечника попадают через кровь воротной вены в печень, где они обезвреживаются благодаря соединению с активированными серной или глюкуроновой кислотами. Важным элементом преобразования азота в организме являются процессы дезаминирования. Различают несколько типов дезаминирования: восстановительное, окислительное, гидролитическое и внутримолекулярное. По какому пути пойдет реакция дезаминирования зависит от конкретных условий в тканях. Так, например, в кишечнике аминокислоты подвергаются восстановительному дезаминированию с отщеплением аммиака и образованием соответствующих жирных кислот. В тканях же происходит главным образом окислительное дезаминирование, с образованием кетокислот и аммиака. Процессы дезаминирования в общем виде представлены на рисунке 9. 1 – восстановительное; 2 – окислительное; 3 – гидролитическое; 4 – внутримолекулярное. Рисунок 9 – Реакции дезаминирования, протекающие в тканях 60 Как видно из схемы (рисунок 9), в зависимости от характера процесса из аминокислот будут возникать разные соединения – предельные и непредельные жирные кислоты, кетокислоты, оксикислоты и аммиак. Аммиак ядовит и обезвреживается в печени, превращаясь в мочевину. 2.6.2 Фосфор Содержание фосфора в организме взрослого человека около 1%, большая часть находится в костных, нервных и мышечных тканях. Фосфор необходим для жизнедеятельности головного мозга, скелетных и сердечных мышц, участвует в транспортировке веществ. Соединения фосфора в процессе обмена образуют универсальный источник энергии и обеспечивают физиологическую деятельность всех живых клеток. Симптомами недостатка фосфора могут послужить утомляемость, мышечные боли, снижение функции печени. Избыточное поступление фосфора повышает выведение кальция. Хлеб, макароны, картофель, минеральная вода с газом затрудняют усвояемость фосфора. Для человека нетоксичны все фосфаты, кроме белого фосфора. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - чрезмерное или низкое потребление белка; - заболевания почек; - болезни печени, алкоголизм, наркомания; - болезни паращитовидных желез; - искусственное вскармливание грудных детей; - повышенное потребление лимонада; - контакт с моющими средствами. Дисбаланс фосфора отражается на работе: - печени (снижение функции); - мышечной системы; - центральной нервной системы (слабость, утомляемость); - костной системы. Главным "депо" органических фосфорных соединений являются мышечная и костная ткани. Суточная потребность для взрослого человека составляет 0,8-1,2 г. Фосфор в виде своих соединений играет важнейшую роль во всех процессах организма: фосфорная кислота участвует в построении многочисленных ферментов (фосфатаз) главных двигателей химических реакций клеток. Из фосфорнокислых солей состоит ткань нашего скелета. Большая часть фосфора в организме связана с кальцием. Четыре пятых кальция составляет фосфорнокислый кальций. 61 В организм фосфор попадает с пищей, преимущественно - с мясом, яйцами, молоком. Также фосфор необходим для построения скелета, он входит в состав белков, из которых состоят наиважнейшие органы тела, имеющие отношение к росту, развитию, к чувствам и мыслям. Недостаток фосфорного питания ведет к ослаблению всего организма. Избыток фосфора производит острое отравление: сильная боль в желудочно-кишечном тракте, рвота, иногда через несколько часов наступает смерть. Хроническое отравление выражается расстройством обмена веществ в организме и в костной ткани в частности. При недостатке фосфора могут развиваться рахит, пародонтоз. При избыточном поступлении фосфора снижается уровень марганца, а также повышается уровень выведения кальция, что создает риск возникновения остеопороза. Отравления фосфором и его соединениями наблюдаются при их термоэлектрической возгонке, работе с белым фосфором, производстве и применении фосфорных соединений. Высокотоксичны фосфорорганические соединения, оказывающие антихолинэстеразное действие. Фосфор проникает в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу. Острые отравления проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, тошнотой, рвотой. Через 2–3 суток возникают боли в подложечной области, правом подреберье, желтуха. Для хронических отравлений характерны воспаление слизистых оболочек верхних дыхательных путей, признаки токсического гепатита, нарушение кальциевого обмена (развитие остеопороза, ломкость, иногда омертвение костной ткани, чаще – на нижней челюсти), поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Первая помощь при остром отравлении через рот (наиболее частом) – промывание желудка, слабительное, очистительные клизмы, внутривенно растворы глюкозы, хлористого кальция. При ожогах кожи – обработать пораженные участки растворами медного купороса или соды. Глаза промывают 2%-ным раствором питьевой соды. Лекарственные препараты, содержащие фосфор (аденозинтрифосфорная кислота, фитин, глицерофосфат кальция, фосфрен и другие), влияют главным образом на процессы тканевого обмена и применяются при заболеваниях мышц, нервной системы, при туберкулёзе, упадке питания, малокровии. 62 2.6.3 Мышьяк Оптимальное поступление мышьяка в организм составляет 50100 мкг. в день. Его соединения поступают с питьевой, минеральной водой, виноградными винами и соками, курением, из окружающей среды. Мышьяк относят к условно жизненно необходимым элементам, он оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биохимических процессах. Токсическая доза для человека от 5 мг. Пути попадания в организм: - пестициды; - морская рыба; - красители; - стекольная промышленность; - химическое оружие; - курение; - медицинские препараты. Дисбаланс мышьяка действует на: - кожу; - слизистую; - печень; - периферическую нервную системы; - сосуды; - эритроциты; - иммунную систему. Токсические эффекты соединений мышьяка хорошо и давно известны. В качестве примеров приводят историю смерти Наполеона Бонапарта, погибшего на острове Святой Елены от хронического отравления мышьяком, о чем свидетельствовали результаты анализов останков императора, или так называемый "рак виноградарей", использовавших еще в прошлом веке препараты мышьяка для опрыскивания своих виноградников. Механизмы биологического действия мышьяка множественны,ингибирование энзиматической активности, в частности, функционирования НАД-связанных субстратов (пирувата, глютамата, в-глютарата) и сукцинатдегидрогеназы, вмешательство в процессы окислительного фосфорилирирования, инкорпорация молекулы мышьяка в структуру гемоглобина, замещение мышьяком фосфора в ДНК. Эта множественность механизмов действия приводит к многообразным проявлениям со стороны сердечно-сосудистой, дыхательной, репродуктивной и нервной систем, печени, кожи, почек. 63 Основные поражения, вызываемые мышьяком у людей, можно свести к следующим: 1) нарушения тканевого дыхания; 2) накопление в организме кислых продуктов обмена (молочной и пировиноградной кислоты), т.е общий ацидоз; 3) нарушение гемодинамики, расстройство сердечной деятельности; 4) гемолиз и анемия; 5) дегенеративные и некротические процессы в тканях на месте контакта; 6) эмбрио- и гонадотоксические и тератогенные эффекты (например, у женщин, подвергавшихся во время беременности экспозиции к мышьяку, часто рождаются дети с низким весом, имеют место различные уродства, а также высока частота выкидышей); 7) канцерогенное действие, которое проявляется спустя значительное время после контакта с мышьяком, причем кроме производственных условий, главные пути поступления этого элемента в организм человека, - мышьяк содержащие лекарства, пестициды и питьевая вода. Хорошо известны случаи массового рака кожи среди жителей провинции Кордоба (Аргентина) и острова Тайвань, где население в течение 60 лет использовало питьевую воду с высоким содержанием As. Мышьяк отнесен в группу безусловных канцерогенов для человека, он вызывает рак легких и кожи. Кроме того, соединения мышьяка обладают и мутагенным (кластогенным) эффектом - они, не вызывая генных мутаций, индуцируют как in vitro, так и in vivo хромосомные аномалии у различных объектов, в том числе и у людей. Учитывая тяжесть вызываемых им последствий, распространение в объектах окружающей среды и области применения, является одним из самых опасных химических экотоксикантов. Согласно рекомендациям Международной комиссии по защите от излучений, предельно допустимое содержание 76As в организме 11 мккюри. По санитарным нормам, предельно допустимые концентрации 76As в воде и открытых водоёмах 1·10-7 кюри/л, в воздухе рабочих помещений 5·10-11 кюри/л. Все препараты мышьяка ядовиты, при остром отравлении наблюдаются сильные боли в животе, понос, поражение почек, возможны коллапс, судороги. При хроническом отравлении наиболее часты желудочно-кишечные расстройства, катары слизистых оболочек дыхательных путей (фарингит, ларингит, бронхит), 64 поражения кожи (экзантема, меланоз, гиперкератоз), нарушения чувствительности, возможно развитие апластической анемии. 2.6.4 Сурьма Физиологическая роль сурьмы недостаточно изучена. Известно, что сурьма образует связи с атомами серы (реагирует с SH-группами ферментов), что обусловливает ее высокую токсичность. Из организма сурьма выводится достаточно медленно, преимущественно с мочой (до 80%). Избыточное поступление сурьмы в организм человека может вызвать острое или хроническое отравление. Симптомами хронической интоксикации сурьмой являются потеря аппетита, воспаление слизистых оболочек зева и гортани, сухость в горле, тошнота, рвота, боли в кишечнике, увеличение и болезненность печени, воспаление слизистых оболочек верхних дыхательных путей, длительный кашель. Сурьма и её соединения ядовиты. Отравления возможны при выплавке концентрата сурьмяных руд и в производстве сплавов. При острых отравлениях, - раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, глаз, а также кожи. Могут развиться дерматит, конъюнктивит. Лечение: антидоты (унитиол), мочегонные и потогонные средства. 2.6.5 Висмут Висмут относится к токсичным микроэлементам. В организм человека висмут попадает с пищей, воздухом и водой, в количестве до 20 мкг. Соли висмута широко применяют в гастроэнтерологии из-за их вяжущих свойств и способности снижать кислотность желудочного сока. Избыточное содержание висмута может отрицательно сказываться на состоянии: - почек; - центральной нервной системы; - печени; - кожи; - слизистых оболочек Наибольшее количество висмута потребляется фармацевтической промышленностью, металл и его препараты применяют в медицинской практике как обеззараживающие и подсушивающие средства. Нитрат висмута основной применяют внутрь при воспалительных заболеваниях кишечника (колиты, энтериты), язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, 65 выпускается в порошках и таблетках, входит в состав таблеток викалин и викаир. Наружно применяют препараты в виде присыпок и мазей (ксероформ, дерматол) для лечения ожогов, дерматитов и поверхностных пиодермий. 2.7 Шестая подгруппа группа периодической системы. Главная 2.7.1 Кислород Кислород – один из важнейших элементов, как литосферы, так и живого организма. С одной стороны кислород – это элемент, который входит в состав воды, и, таким образом, необходим для жизни. С другой стороны – кислород один из важных химических элементов, входящих в состав органических соединений. Кроме того, газообразный кислород – необходимейший элемент жизни, обеспечивающий дыхание и процессы окисления. На рисунке 10 показана схема переноса кислорода из легких в ткани организма. Рисунок 10 - Схема переноса кислорода из легких в ткани организма Как видно из схемы, эритроциты крови, проходящей через ткань легких, отдают в легкие углекислый газ – продукт распада карбонат иона, при этом из эритроцита в плазму выделяется вода и ионы хлора. Кислород, в свою очередь, поступает в эритроцит и образует комплекс 66 с гемоглобином. Когда же эритроцит, содержащий комплекс кислорода с гемоглобином попадает в ткань, протекает обратный процесс, в эритроцит поступает вода, ионы хлора и углекислый газ, который, соединяясь с водой, образует ион карбоната. Кислород же, выделяется из комплекса и диффундирует в ткань. При понижении содержания кислорода в крови возникает гипоксемия, и, как результат, нарушение кровообращения, повышенная потребность тканей в кислороде (чрезмерная мышечная нагрузка и др.), уменьшение газообмена в лёгких, уменьшение содержания гемоглобина в крови, следствием чего является гипоксия кислородное голодание, кислородная недостаточность, понижение содержания кислорода в тканях. В зависимости от скорости нарастания гипоксии, различают ее острую и хроническую формы. При острой гипоксии в первую очередь страдает функция высших отделов центральной нервной системы, а при хронических - функция сердечно-сосудистой системы, дыхания, системы крови. Устойчивость к гипоксии может быть повышена тренировкой в барокамере или в условиях горного климата. При этом в организме вырабатывается ряд приспособительных механизмов (рефлекторное усиление дыхания, кровообращения, увеличение числа эритроцитов за счёт выхода их из кровяных депо, увеличение содержания гемоглобина в эритроцитах и т.п.), улучшающих самочувствие и повышающих работоспособность в условиях недостатка кислорода. Установлено, что с повышением устойчивости организма к какому-либо вредоносному фактору повышается сопротивляемость к др. неблагоприятным влияниям. Так, с повышением устойчивости организма к острой гипоксии повышается устойчивость к действию ускорений, ионизирующих излучений, тепловым воздействиям, большим физическим нагрузкам и др. 2.7.2 Сера В организме человека сера (S) непременная составная часть клеток, ферментов, гормонов, в частности инсулина, вырабатываемого поджелудочной железой, а также серосодержащих аминокислот. В нервной, соединительной и костной тканях ее довольно много. Считается, что суточный пищевой рацион взрослого здорового человека должен содержать 45 мг S. Основные источники поступления серы в организм: сравнительно богаты этим элементом мясо, куриные яйца, овсяная и гречневая крупы, хлебобулочные изделия, молоко, сыры, бобовые и капуста. 67 В организм человека сера поступает с пищей в виде органических белковых соединений - аминокислот, глютадиона, сульфатидов, витамина В1. Суточная потребность не установлена, но при употреблении достаточного количества белка дефицита серы не наблюдается. Сера, подобно азоту, входит в состав белков, в силу чего белковый обмен является одновременно азотистым и серным. В белках сера содержится в аминокислотах: цистеине, цистине, метионине. Особенно богаты серой поверхностные слои кожи, здесь сера содержится в кератине (волосы содержат до 5-10% кератина) и меланине, пигменте, предохраняющем в виде загара глубокие слои кожи от вредного действия ультрафиолетовой радиации. Элементарная сера не обладает выраженным токсическим действием, но все ее соединения токсичны. Например, при высокой концентрации сероводорода в воздухе отравление может развиться почти мгновенно. Судороги и потеря сознания сопровождаются быстрой смертью от остановки дыхания. При недостатке серы наблюдаются: тахикардия, повышение артериального давления, нарушения функций кожи, выпадение волос, запоры, в тяжелых случаях - жировая дистрофия печени, кровоизлияние в почки, нарушения углеводного обмена и белкового обмена, перевозбуждение нервной системы, раздражительность и другие невротические реакции. В медицинской практике применение серы основано на её способности при взаимодействии с органическими веществами организма, образовывать сульфиды и пентатионовую кислоту, от присутствия которых зависят кератолитические (растворяющие, - от греч. kéras, - рог и lytikós, - растворяющий), противомикробные и противопаразитарные эффекты. Сера входит в состав мази Вилькинсона и других препаратов, применяемых для лечения чесотки. В очищенном и осажденном виде ее употребляют в мазях и присыпках для лечения некоторых кожных заболеваний (себорея, псориаз), в порошке, - при глистных инвазиях (энтеробиоз), в растворах, - для пиротерапии прогрессивного паралича. 2.7.3 Селен Суточная потребность в селене составляет 20-100 мкг. В организме селен регулирует процессы обмена веществ, принимает участие в построении основных антиоксидантных соединений. При дефиците селена ослабляется иммунитет, чаще проявляются простудные заболевания, снижаются функции печени. Выявлена 68 зависимость между частотой возникновения рака и недостатком селена в пище. Селен снижает негативное действие тяжелых металлов и мышьяка. На постсоветском пространстве к особо селенодефицитным районам относятся Ленинградская, Костромская, Ярославская области, Карелия, Забайкалье, однако в остальных районах его также недостаточно в почве, и наблюдается дефицит. Токсическая доза для человека 5 мг. Причины дисбаланса: - болезни почек; - несбалансированное питание; - радиация; - дисбактериоз кишечника; - парэнтеральное питание; - алкоголизм; - опухоли При дисбалансе селена страдают: - иммунная система (повышенная частота простудных и воспалительных заболеваний); - сердечно-сосудистая система (инфаркт миокарда, дистрофия миокарда); печень (снижение дезинтоксикационной функций, гиперхолестеринемия); - щитовидная железа; - кожа (дерматит, экзема); - волосы (выпадение, слабый рост); - ногти (дистрофия); - соединительная ткань (ревматические заболевания, артриты); - глаз (глаукома, катаракта) Это биологически активный микроэлемент, входящий в состав многих гормонов и ферментов (активный центр которых состоит из 4-х атомов селена) и связанный таким образом со всеми органами и системами, поступление, которого наряду с другими микроэлементами необходимо для поддержания нормального функционирования организма. Биологическая роль селена, связана с его антиоксидантными свойствами, обусловленными участием селена в построении, в частности, одного из ключевых антиоксидантных ферментов глутатионпероксидазы. Дефицит селена ведет к усилению перекисного окисления липидов – не ферментативному цепному процессу, неадекватное развитие которого грозит грубым и необратимым повреждением мембран клеток, т. е. развитию типовых 69 процессов поражения клетки, лежащих в основе возникновения многих патологических состояний. Из-за неравномерного распределения элемента в различных регионах земного шара, в связи с экологическими факторами, в ряде стран выявляются болезни, связанные с его недостатком (Канада, США, Австралия. Германия, Франция, Китай, Финляндия). Дефицит селена может вызвать заболевания разных органов и систем, протекающие, как правило, на фоне пониженной кислотности, является причиной преждевременного старения и уменьшения продолжительности жизни человека и животных. Универсальность селена в профилактике и лечении самой различной патологии объясняется общностью происхождения всех клеток организма, созданием ферментативных систем по одному подобию, где центром является селен. Основным показателем является количество селена в крови. Для нормального функционирования ферментов нужно, чтобы уровень селена в крови был минимум 160-170 мкг на литр крови. У граждан стран СНГ он колеблется в пределах 40-60 мкг. Исследования последних лет убедительно доказали положительное влияние на организм человека соединений селена в дозах 0,05 - 1,1 мг/кг. При воздействии этих доз наблюдается улучшение углеводно-фосфорного обмена, антигистаминный и антиаллергический эффект, антиканцерогенное действие, позитивное влияние на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, на предупреждение поздних токсикозов беременности, течение инфекционного процесса. Эффективно применение соединений селена в лечении дистрофических, токсических, некротических поражений тканей и органов. Селен - в чистом виде встречается в природе редко, главным образом в виде примеси к сернистым металлам. Роль селена в организме еще мало изучена. Тем не менее, считается, что его присутствие в организме оказывает антиоксидантное действие, замедляя старение. Кроме того, селен помогает поддерживать юношескую эластичность в тканях, способствует устранению перхоти. Суточные нормы составляют: 50 мкг - для женщин, 70 мкг - для мужчин, 65 мкг - для беременных и 75 мкг - для кормящих грудью. Селен хорошо сочетается с витамином Е. Содержится в морепродуктах, почках, печени, пшеничных зародышах, отрубях, луке, помидорах, капусте брокколи. В больших количествах соединения селена ведут к двум формам поражения - к гепато 70 холециистопатии (увеличение печени до 3-х см и боли в правом подреберье) и к изменениям, проявляющимся главным образом в нервно-мышечном аппарате (боли в конечностях, судороги, чувство онемения). При дефиците селена в организме усиленно накапливаются мышьяк и кадмий, которые, в свою очередь, усугубляют дефицит селена. В свою очередь селен защищает организм от тяжёлых металлов, а избыток может привести к дефициту кальция. 2.7.4 Теллур У человека суточное поступление с продуктами питания и водой составляет около 0,6 мг., выводится из организма главным образом с мочой (свыше 80%), и с калом. Профессиональные отравления теллуром возможны при его выплавке и других производственных операциях. В результате этого наблюдаются озноб, головная боль, слабость, частый пульс, отсутствие аппетита, металлический вкус во рту, чесночный запах выдыхаемого воздуха, тошнота, тёмная окраска языка, раздражение дыхательных путей, потливость, выпадение волос. 2.7.5 Полоний В организм животных и человека 210Po поступает с пищей. Устойчивых изотопов нет, распадается по типу альфа, электронному распаду и К-захвату. Наибольший период полураспада у 210Po – 210 дней, по другим источникам – 138 суток. Поступления полония-210 нормируется НРБ. Критические органы – селезенка, почки, кость, легкие, ЖКТ. Примерное содержание 210Po в морской рыбе составляет 20-100 пкюри/кг, мясе - 2-3 пкюри/кг, хлебе - 1 пкюри/кг, крупе - 2 пкюри/кг, чае - 500-600 пкюри/кг. В организме животных и человека (удельная концентрация около 4×10-5 пкюри/г сырой ткани) Полоний относительно равномерно распределяется по отдельным органам. Биологическое действие 210Po обусловлено α-излучением. Полоний стал широко известным элементом после знаменитого отравления Литвиненко бывшего сотрудника КГБ. Необычное вещество, избранное в качестве токсиканта в данном случае действовало благодаря ионизирующему влиянию α-излучения, вызывая лучевую болезнь. 71 2.8 Седьмая группа периодической системы. Главная подгруппа 2.8.1 Фтор В организме фтор находится в связанном состоянии, в количестве 2,6 мг., 99% его количества приходится на кости и зубную эмаль. Фтор необходим для нормального роста и развития. Дефицит фтора может вызвать кариес зубов, анемию, заболевания костей. Избыток фтора приводит к поражению зубов, костей, почек, эндокринных органов, понижается способность к выработке белка, возможно развитие гепатита. Токсическая доза для человека 20 мг. Hа территориях, где действуют предприятия по производству алюминия, до 50% фтора попадает в организмы людей с воздухом. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - заболевание почек; - болезни щитовидных и паращитовидных желез; - искусственное вскармливание детей; - повышенное потребление лимонадов; - контакт с моющими средствами При дисбалансе фтора страдают: - печень (снижение функций); - мышечная система (в том числе миокард); - центральная нервная система (слабость, утомляемость); - костная система (остеопороз); Отравления фтором возможны у работающих в химической промышленности, при синтезе фторсодержащих соединений и производстве фосфорных удобрений. Фтор раздражает дыхательные пути, вызывает ожоги кожи. При остром отравлении возникают раздражение слизистых оболочек гортани и бронхов, глаз, слюнотечение, носовые кровотечения, в тяжёлых случаях,- отёк лёгких, поражение центральной нервной системы, при хроническом ,конъюнктивит, бронхит, пневмония, пневмосклероз, флюороз. Характерно поражение кожи типа экземы. Первая помощь: промывание глаз водой, при ожогах кожи,орошение 70%-ным спиртом, при ингаляционном отравлении,вдыхание кислорода. Препараты, содержащие фтор, применяют в медицинской практике в качестве противоопухолевых (5-фторурацил, фторафур, фторбензотэф), нейролептических (трифлуперидол, или триседил, 72 фторфеназин, трифтазин), антидепрессивных наркотических (фторотан) и других средств. (фторацизин), 2.8.2 Хлор Ионы хлора особенно важны для образования желудочного сока, формирования плазмы крови, является активатором активатор ряда ферментов. Этот элемент в организме человека участвует в тех же механизмах обменных реакций, что и натрий. Потребность человека в ионах хлора - около 2 г/сутки. Безвредная доза до 5 - 7 г. Потребность в хлоре с избытком удовлетворяется обычным рационом, содержащим в среднем 7-10 г хлора, из них 3,7 г человек получает с хлебом и 4,6 г при подсаливании пищи поваренной солью. Естественное содержание хлора в пищевых продуктах колеблется в пределах 2-160 мг. Рацион питания без добавления поваренной соли содержал бы около 1,6 г хлора. Основное его количество (до 90%) взрослые получают с поваренной солью. Много хлора в красной свекле. Присутствует во многих овощах, фруктах, злаках, бобовых. Газообразный хлор относится к веществам с преимущественным действием на центр дыхания. Поэтому ниже в основном рассматривается возможность острой дыхательной недостаточности при поражении хлором. Вторично может развиться сердечная недостаточность. Для диагностики и лечения в клинической практике принято выделять четыре степени тяжести острого отравления хлором, характеризуемые следующими симптомокомплексами: - легкая степень поражения - (0.002 - 0.012 г/м3, слабовыраженная рефлекторная реакция на интоксикацию, исчезающая при лечении за 24 – 48 часов); - поражение средней тяжести - (0.013 - 0.090 г/м3, выраженная рефлекторная реакция на интоксикацию, характерный “хлорный” кашель, рассеянные сухие хрипы в легких свидетельствуют о наличии поражения легочной функции), при своевременном лечении симптомы исчезают за 7 – 15 дней. - поражение тяжелой степени - (0.091 - 0.15 г/м3, после периода ремиссии возникает токсический отек легких, нарастают влажные и сухие хрипы, развивается тахикардия); - крайне тяжелое поражение - (0.51 - 1.2 г/м3, пострадавший погибает в течение нескольких минут в результате рефлекторной остановки дыхания и сердечной деятельности). 73 При отравлении хлором необходим абсолютный покой, полезно вдыхать кислород, или аммиак (нюхая нашатырный спирт), или пары спирта с эфиром. По существующим санитарным нормам содержание хлора в воздухе производственных помещений не должно превышать 0,001 мг/л, или 0,00003 %. Предельно допустимая концентрация хлора в воздухе производственных помещений 1 мг/м3.. Отравления хлором возможны в химической, целлюлознобумажной, текстильной, фармацевтической промышленности, он раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. К первичным воспалительным изменениям обычно присоединяется вторичная инфекция. Острое отравление развивается почти немедленно. При вдыхании средних и низких концентраций этого газа отмечаются стеснение и боль в груди, сухой кашель, учащённое дыхание, резь в глазах, слезотечение, повышение содержания лейкоцитов в крови, температуры тела. Возможны бронхопневмония, токсический отёк лёгких, депрессивные состояния, судороги. В лёгких случаях выздоровление наступает через 3 - 7 суток. Как отдалённые последствия наблюдаются катары верхних дыхательных путей, рецидивирующий бронхит, пневмосклероз, возможна активизация туберкулёза лёгких. При длительном вдыхании небольших концентраций хлора наблюдаются аналогичные, но медленно развивающиеся формы заболевания. 2.8.3 Бром Бром найден в различных секретах (слезах, слюне, поте, молоке, желчи). В крови здорового человека его содержание колеблется от 0,11 до 2,00 мг%. С помощью радиоактивного изотопа ( 82Br) установлено избирательное поглощение его щитовидной железой, мозговым слоем почек и гипофизом. Введённые в организм животных и человека бромиды усиливают концентрацию процессов торможения в коре головного мозга, содействуют нормализации состояния нервной системы, пострадавшей от перенапряжения тормозного процесса. Одновременно, задерживаясь в щитовидной железе, бром вступает в конкурентные отношения с йодом, что влияет на деятельность железы, а в связи с этим - и на состояние обмена веществ. Вдыхание паров брома при содержании их в воздухе 1 мг/м 3 и более вызывает кашель, насморк, носовое кровотечение, головокружение, головную боль, при более высоких концентрациях удушье, бронхит, иногда смерть. Предельно допустимые концентрации паров брома в воздухе 2 мг/м3. В жидком состоянии он 74 действует на кожу, вызывая плохо заживающие ожоги. Работы с бромом следует проводить в вытяжных шкафах. При отравлении парами рекомендуется вдыхать аммиак, используя для этой цели сильно разбавленный раствор его в воде или в этиловом спирте. Боль в горле, вызванную вдыханием паров, устраняют приёмом внутрь горячего молока. Бром, попавший на кожу, смывают большим количеством воды или сдувают сильной струей воздуха. Обожжённые места смазывают ланолином. 2.8.4 Йод Общее количество йода в организме около 25 мг, из них 15 мг в щитовидной железе. Значительное количество йода содержится в печени, почках, коже, волосах, ногтях, яичниках и предстательной железе. Щитовидная железа является своего рода центральной регулирующей лабораторией, в которой образуются и накапливаются соединения йода. Нормальная потребность в йоде составляет около 100-150 (для взрослых) и 175-200 (для беременных и кормящих) мг в сутки. При недостаточном поступлении йода у взрослых развивается зоб (увеличение щитовидной железы). У детей недостаток йода сопровождается резкими изменениями всей структуры тела. Ребенок перестает расти, умственное развитие задерживается (кретинизм). Большое количество йода содержится в бурой морской водоросли, овощах, выращенных на почве, богатой йодом, в луке и всех морепродуктах. Избыток йода в организме может наблюдаться при гипертиреозе, может развиться и базедова болезнь с зобом, экзофтальмом, тахикардией. Кроме этого, наблюдается раздражительность, мышечная слабость, потливость, исхудание, склонность к диарее. Основной обмен повышается, наблюдается гипертермия, дистрофические изменения кожи и ее придатков, раннее поседение, депигментация кожи на ограниченных участках, атрофия мышц. Йод в медицине. Препараты, содержащие йод, обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами, и оказывают также противовоспалительное и отвлекающее действие, их применяют наружно для обеззараживания ран, подготовки операционного поля. При приёме внутрь его препараты оказывают влияние на обмен веществ, усиливают функцию щитовидной железы. Малые дозы йода (микройод) тормозят функцию щитовидной железы, действуя на 75 образование тиреотропного гормона передних долей гипофиза. Из-за влияния на белковый и жировой (липидный) обмен, он нашёл применение при лечении атеросклероза, так как снижает содержание холестерина в крови, повышает также фибринолитическую активность крови. При длительном применении препаратов йода и при повышенной чувствительности к ним возможно появление йодизма, насморк, крапивница, отёк Квинке, слюно- и слезотечение, угревидная сыпь (йододерма) и прочие. Препараты йода нельзя принимать при туберкулёзе лёгких, беременности, при заболеваниях почек, хронической пиодермии, геморрагических диатезах, крапивнице. Искусственно радиоактивные изотопы - 125I, 131I, 132I, и другие широко используются в биологии и особенно в медицине для определения функционального состояния щитовидной железы и лечения ряда её заболеваний. Их применение в диагностике связано со способностью йода избирательно накапливаться в щитовидной железе, использование в лечебных целях основано на способности излучения радиоизотопов разрушать секреторные клетки железы. При загрязнениях окружающей среды продуктами ядерного деления радиоактивные изотопы йода быстро включаются в биологический круговорот, попадая, в конечном счёте, в молоко и, следовательно, в организм человека. Особенно опасно их проникновение в организм детей, щитовидная железа которых в 10 раз меньше, чем у взрослых людей, и к тому же обладает большей радиочувствительностью. С целью уменьшения отложения радиоактивных изотопов йода в щитовидной железе рекомендуется применять препараты стабильного элемента (по 100 - 200 мг на приём). Радиоактивный изотоп быстро и полностью всасывается в желудочно-кишечном тракте и избирательно откладывается в щитовидной железе. Его поглощение зависит от функционального состояния железы. Относительно высокие концентрации радиоизотопов иода обнаруживаются также в слюнных и молочной железах и слизистой желудочно-кишечного тракта. Не поглощённый щитовидной железой радиоактивный йод почти полностью и сравнительно быстро выделяется с мочой. Пары йода ядовиты и раздражают слизистые оболочки. На кожу он оказывает прижигающее и обеззараживающее действие. Пятна смывают растворами соды или тиосульфата натрия. 76 2.8.5 Астат Самый тяжёлый галоген - астат - в природе практически не встречается. Его получают путём искусственно осуществляемых ядерных реакций. Наиболее долгоживущий изотоп астата At210. Он имеет период полураспада всего 8,3 часа. Ничтожные количества астата обнаружены в продуктах естественного радиоактивного распада урана и тория. В связи с этим, действие астата, как химического элемента на организм человека практически не изучено. В радиационном отношении все изотопы астата от At196 до At219 активны с периодом полураспада от секунд до нескольких часов. Во всех случаях радиоактивного распада излучается α – частицы, он может сопровождаться К-захватом или вылетом электронов (β- распад). Перспективным является применение At211 для лечения заболеваний щитовидной железы. Имеются сведения, что радиобиологическое действие α-частиц астата на щитовидную железу в 2,8 раза сильнее β-частиц йода. При этом обращается внимание, что с помощью иона роданида можно надежно вывести астат из организма. 2.9 Восьмая группа периодической системы. Главная подгруппа Действие благородных газов на живые организмы практически не изучено. В некоторых системах автономного дыхания вместо азота используется гелий. Радон сильно токсичен, что связано с его радиоактивными свойствами. При распаде образуются нелетучие радиоактивные продукты (изотопы Po, Bi и РЬ), которые с большим трудом выводятся из организма. Поэтому при работе с ним необходимо использовать герметичные боксы и соблюдать меры предосторожности. Радон применяют в основном в медицине. Воды, содержащие радон, используют при лечении заболеваний нервной и сердечнососудистой систем, органов дыхания и пищеварения, костей, суставов и мышц, гинекологических заболеваний, болезней обмена веществ. Радон - радиоактивный газ, который образуется в радиоактивных минералах, постоянно поступает в атмосферу и гидросферу. Наибольшее содержание радона наблюдается в приземных слоях атмосферы. С увеличением высоты его концентрация уменьшается. В атмосферу и гидросферу радон 77 поступает из почвы, а в воздух помещений через неплотности строительных конструкций и из самих строительных конструкций, а также из водопроводной воды и природного газа. Радон на 50% - 70% формирует дозу, получаемую человеком от естественных источников радиации. В организм человека он попадает, в основном, с вдыхаемым воздухом и, в значительно меньшей степени, с питьевой водой. Токсическое действие радона связано с его радиоактивностью. Скапливаясь в альвеолах легких, он поражает легочную ткань, вызывая ее злокачественное перерождение. До 20% смертей от рака легких напрямую связано с радоном 2.10 Первая подгруппа (меди) группа периодической системы. Побочная 2.10.1 Медь В организме медь выполняет множество необходимых функций, стимулирует выработку женских половых гормонов и тироксина, основного гормона щитовидной железы. Медь способна проникать во все клетки, ткани и органы, максимальная концентрация этого микроэлемента отмечена в почках, печени и мозге. Медь необходима для синтеза гема, из которого образуется гемоглобин и нейромедиаторы, веществ-переносчиков нервных сигналов. Медь очень важна для соединительной ткани – хрящей, связок, стенок сосудов. Нехватка меди отрицательно сказывается на усваивании железа, кроветворении, восстановлении нервной ткани. Повышенное содержание меди отмечается при заболеваниях центральной нервной системы, шизофрении, острых и хронических воспалительных заболеваниях, инфаркте миокарда. Медьсодержащие препараты и биологически активные препараты используют в лечении и профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата, гипотиреоза. Токсическая доза для человека – больше 250 мг. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - дефицит море- и мясных продуктов; - кровотечения; - генетические заболевания; - питьевая вода; - вредное производство (краски, гальваника, стекольная промышленность) Дисбаланс меди отражается на работе: 78 - иммунной системы (риск опухоли мозга, грудных и поджелудочной желез); - печени (гепатит, цирроз, холецистит); - почек (мочекаменная болезнь, пиелонефрит); - кроветворной системы (анемия); - опорно-двигательного аппарата (сколиоз, остеопороз, болезни суставов); - эндокринной системы; - центральной нервной системы (повышенная возбудимость, нарушение походки, координации движения). Общее содержание меди в организме человека составляет примерно 100-150 мг. В печени взрослых людей содержится в среднем 35 мг меди на 1 кг сухого веса. Поэтому печень можно рассматривать как "депо" меди в организме. В печени плода содержится в десятки раз больше меди, чем в печени взрослых. Потребность в меди у взрослого человека составляет 2 мг в день. Медь необходима при образовании гемоглобина и здесь не может быть заменена другими элементами, также она участвует в процессах роста и размножения. Участвует в процессах пигментации, так как входит в состав меланина. При недостатке меди в организме наблюдаются: задержка роста, анемия, дерматозы, депигментация волос, частичное облысение, потеря аппетита, сильное исхудание, понижение уровня гемоглобина, атрофия сердечной мышцы. Избыток меди приводит к дефициту цинка и мoлибдена, а также марганца. Содержание меди у человека колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг в костях, в жидкостях тела - от 100 мкг (на 100 мл) в крови до 10 мкг в спинномозговой жидкости, всего меди в организме взрослого человека около 100 мг. Она входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора). Увеличение содержания в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина. У человека отравление возникает редко благодаря тонким механизмам ее всасывания и выведения. Однако в больших дозах она вызывает рвоту, при всасывании может наступить общее отравление (понос, ослабление дыхания и сердечной деятельности, удушье, коматозное состояние). Все соли меди ядовиты. 79 2.10.2 Серебро Серебро относят к потенциально-токсичным и к потенциальноканцерогенным элементам. В организм человека поступает с водой и пищей. Среднесуточное поступление серебра на превышает 80 мкг. Наиболее богаты серебром почки, легкие, печень, эритроциты. В медицине используется бактерицидное, антацидное, вяжущее действие серебра. В настоящее время лекарства на основе серебра используют как наружные средства при лечении эрозий, язв, избыточных грануляциях, трещин, при остром конъюнктивите, трахоме, для промывания мочеиспускательного канала. Вопрос о физиологической роли серебра изучен недостаточно. Известно, что в организме серебро образует соединения с белками, может блокировать тиоловые группы ферментных систем, угнетать тканевое дыхание. 2.10.3 Золото Золото относят к потенциально токсичным элементам. В организме взрослого человека находится около 10 мг золота, примерно 50% этого элемента концентрируется в костях. В средние века золото широко применялось при самых разнообразных заболеваниях - артритах, туберкулезе. Современные исследования показали, что золото обладает антисептическим действием, угнетая вирусы и бактерии. Для определения элементного статуса золота используются различные биосубстраты (наиболее часто - оценка уровня золота в волосах). 2.11 Вторая подгруппа (цинка) группа периодической системы. Побочная 2.11.1 Цинк Суточная потребность человека в цинке (5-20 мг) покрывается за счёт хлебопродуктов, мяса, молока, овощей, у грудных детей потребность в цинке (4-6 мг) удовлетворяется за счёт грудного молока. Отложение цинка в печени доходит до 500-600 мг/кг веса, кроме того, цинк отлагается преимущественно в мышцах и костной системе. Наиболее богаты цинком дрожжи, пшеничные, рисовые и ржаные отруби, зерна злаков и бобовых, какао, морепродукты. Наибольшее количество цинка содержат грибы - в них содержится 130-202,3 мг на 1 кг сухого вещества. В луке - 100,0 мг, в картофеле 11,3 мг, в коровьем молоке - примерно 3 мг/литр. 80 Цинк оказывает влияние на активность половых и гонадотропных гормонов гипофиза, а также увеличивает активность ферментов: фосфатаз кишечной и костной, катализирующих гидролиз. Тесная связь цинка с гормонами и ферментами объясняет его влияние на углеводный, жировой и белковый обмен веществ, на окислительновосстановительные процессы, на синтетическую способность печени. Считается, что цинк обладает липотропным эффектом, - способствует повышению интенсивности распада жиров, что проявляется уменьшением содержания жира в печени. При дефиците цинка наблюдается задержка роста, перевозбуждение нервной системы и быстрое утомление. Поражение кожи происходит с утолщением эпидермиса, отеком кожи, слизистых оболочек рта и пищевода, ослаблением и выпадением волос. Недостаточность цинка также приводит к бесплодию. Дефицит цинка может приводить к усиленному накоплению железа, меди, кадмия, свинца, кроме того, может развиваться карликовость, задержка полового развития. При его избыточном поступлении в организм возможны (по экспериментальным данным) канцерогенное влияние и токсическое действие на сердце, кровь, гонады и другие органы. При цинковом отравлении наступает фиброзное перерождение поджелудочной железы. Избыток цинка задерживает рост и нарушает минерализацию костей. Избыток приводит к дефициту железа, меди, кадмия. Производственные влияния могут быть связаны с неблагоприятным воздействием на организм, как металлического цинка, так и его соединений. При плавке цинкосодержащих сплавов возможны случаи литейной лихорадки. Препараты цинка в виде растворов (сульфат) и в составе присыпок, паст, мазей, свечей (окись) применяют в медицине как вяжущие и дезинфицирующие средства. 2.11.2 Кадмий Кадмий относится к токсическим элементам. В организм взрослого человека в сутки поступает до 20 мкг, он концентрируется в основном в почках, печени, двенадцатиперстной кишки. Кадмий легко проникает в организм человека через желудочно-кишечный тракт, воздух, через плаценту матери к плоду, против него неэффективны большинство фильтров, применяемых для очистки воды. Источники кадмия: - курение; - производство аккумуляторов, краски; - выбросы предприятий цветной и черной металлургии; 81 - угледобыча; - ТЭЦ. Избыток кадмия обычно приводит к: - нарушению функции почек (нефропатия, появление белка в моче); - нарушению функции простаты и предстательной железы; - кожным заболеваниям; - снижению аппетита; - повышению артериального давления; - изменениям и болям в костях и суставах (болезнь итай-итай). В организме кадмий может легко взаимодействовать с другими металлами, особенно с кальцием и цинком, что влияет на выраженность его воздействий. Кадмий способен замещать кальций в кальмодулине, нарушая тем самым физиологические процессы регуляции поглощения кальция. Он способен ингибировать ионный транспорт и индуцировать синтез металлотионеина. Даже незначительная недостаточность железа резко усиливает аккумуляцию кадмия. Токсические эффекты кадмия широко варьируют в зависимости от вида, экспонированного к его действию, концентрации, ряда условий (температура среды) и наличия ионов других металлов. Установлено, что токсическому действию кадмия наиболее подвержены водные организмы в эмбриональной стадии развития. Исследования на гольянах, а затем на других видах рыб, показали тератогенное действие соединений кадмия, выражающееся в разнообразных спинальных уродствах. Отмечались и поведенческие эффекты кадмия. Вместе с тем квалифицировать и достоверно связать наблюдаемые изменения именно с кадмием в большинстве случаев не представляется возможным, так как в тканях испытуемых объектов всегда находят повышенные содержания и других элементов. Тем не менее, эпидемиологические данные указывают на чрезвычайную опасность кадмия для человека. В связи с тем, что этот элемент весьма медленно выводится из человеческого организма (0,1% в сутки), отравление кадмием может принимать хроническую форму. Ее симптомы, поражение почек, нервной системы, легких, нарушение функций половых органов, боли в костях скелета. Весьма демонстративен пример с болезнью "итай-итай". Это заболевание было впервые отмечено в Японии в 1940-х годах и характеризовалось сильными болями, деформацией скелета, переломами костей, повреждением почек. Спустя 15 -30 лет более 150 человек погибли от хронического отравления кадмием. В основе этого 82 отравления - орошение рисовых чеков и соевых плантаций водой из реки Дзинцу, загрязненной стоками цинкового рудника. Концентрация кадмия в рисе была на порядок больше, чем обычно, он и аккумулировался в организме жителей. Имеются достоверные доказательства канцерогенной опасности кадмия, подсчитано, что в настоящее время примерно у 5% населения США и Японии концентрация кадмия в организме достигла уже критического уровня. В одной сигарете содержится около 2 нг кадмия, а это значит, что у курильщика, выкуривающего пачку сигарет в день, в два раза по сравнению с некурящим, увеличен уровень кадмия в печени и почках. Согласно данным института продуктов питания Австрии не ртуть и не свинец, а именно кадмий является самым опасным тяжелым металлом. 2.11.3 Ртуть Ртуть поступает в организм с пищей, примерно 0.2 мг/кг в сутки. Присутствует во всех органах, но физиологическая роль ртути до сих пор не ясна. Применение ртутных соединений в качестве лечебных средств началось в глубокой древности. В современной медицине используется противовоспалительное, антисептическое, дезинфицирующее действие ртути. Много ртути поступает в организм человека с морской рыбой, морепродуктами, рисом (до 0,2 мг/кг).. Токсичность ртути зависит от химической формы, в которой она попадает в организм. Металлическая ртуть (в жидком виде) при отдельном попадании в организм практически нетоксична. Элементарная ртуть в виде испарения очень хорошо резорбируется в респираторном тракте. Элементарная ртуть, поступившая в виде паров в органы дыхания, подвергается быстрой абсорбции. В кровь поступает около 80%, после чего она быстро окисляется в Hg2+. Однако металлическая ртуть в связи с липофильностью легко проникает в ткани. За несколько минут до того как произойдет окисление, элементарная ртуть успевает проникнуть из крови в мозг через гематоэнцефалический барьер. Процесс проникновения элементарной ртути в мозг идет столь быстро, что 97% ее не успевает окислиться. В мозге происходит окисление металлической ртути в Hg2+, которая плохо проникает через гематоэнцефалический барьер и, следовательно, там надолго задерживается. У японских рабочих, умерших через 10 лет после ингаляционной экспозиции к парам ртути, в мозге все еще 83 обнаруживались существенные концентрации ртути. При экспозиции к парам ртути накопление ртути в мозге примерно в 10 раз выше, чем при экспозиции к неорганическим солям. Таким образом, металлическая ртуть постепенно превращается в неорганические соединения. Не обнаружено механизмов перехода металлической и ионной ртути в органические соединения в организме млекопитающих, но в крови людей, подвергавшихся экспозиции к парам ртути, обнаруживали также небольшое количество метилртути. Дело в том, что значительная часть ртути выводится с желчью в кишечник, где подвергается обратному всасыванию. Возможно, в кишечнике часть неорганической ртути подвергается метилированию кишечными бактериями и поступает обратно в кровь в форме метилртути. Благодаря липофильности элементарная ртуть проникает во все органы, но из-за неспособности окисленной ртути проникать из мозга обратно в кровь, ее задержка происходит главным образом в мозговой ткани. В других исследованиях при ингаляции паров ртути наибольшие отложения ртути наблюдали в почках. Преобладание отложения в одном из этих органов зависит от продолжительности и выраженности экспозиции . Разные химические формы ртути имеют различное распределение между плазмой и эритроцитами крови. Исследования такого распределения обладают не только научным, но также и большим практическим значением, так как позволяют косвенно судить о природе ртутной интоксикации. При исследовании добровольцев с однократной ингаляцией паров ртути концентрация в эритроцитах была в два раза выше, чем в плазме. Отношение между концентрацией в эритроцитах и концентрацией в плазме у людей при ингаляции паров элементарной ртути выше, чем при поступлении неорганических солей ртути и обычно ≥1. Общая закономерность распределения ртути поступившей в элементарной форме такова, что наибольшие ее концентрации скапливаются в почках и головном мозге. При остром поступлении концентрация ртути в почках будет выше, но в связи с более медленным выведением из ткани мозга при продолжительной экспозиции или в отдаленном периоде острой экспозиции концентрация ртути в мозге станет выше, чем в почках. Соотношение между концентрациями в эритроцитах крови и в плазме обнаруживает небольшое преобладание содержания ртути в эритроцитах, что отличает ингаляционное поступление элементарной ртути от интоксикации неорганическими солями ртути, при которой 84 данное соотношение может быть меньше 1, а также от интоксикации метилртутью, где это отношение может быть 20:1. Следовательно, исследование содержания ртути в эритроцитах и плазме позволяет косвенно судить о том, в какой химической форме ртуть поступает в организм . Неорганические соединения ртути не обладают липофильностью и плохо проникают через гематоэнцефалический барьер. Они накапливаются в печени и почках и в меньшей степени в головном мозге. У крыс после 6 недель инъекционного поступления хлорида ртути только 0.01% обнаруживался в мозге и 3% в почках. Самые высокие концентрации ртути у мышей после экспозиции к ее неорганическим соединениям обнаруживались в почках. В почках накапливается от 50 до 90% ртути при экспозиции к ее неорганическим соединениям. Следовательно, в случае преобладающего поступления в организм неорганических соединений ртути следует ожидать, что концентрация ртути в почках окажется выше, чем концентрация в мозге. Отношение концентрации ртути в эритроцитах к концентрации в плазме крови при экспозиции к неорганическим солям ртути было меньше 1. Поступившая в кровь метилртуть относительно равномерно распределяется по всему организму с более высокими уровнями в мозге и в почках. Метилртуть имеет свойство проникать через гематоэнцефалический барьер и ее концентрации в мозге выше, чем в почках. В исследованиях на добровольцах употребление метилртути приводило к концентрациям ртути в эритроцитах в 20 раз более высоким, чем в плазме крови. В соответствии с экспертами ВОЗ, «распределение метилртути имеет следующие три характеристики: (i) высокая концентрация ртути в крови и высокое отношение концентраций эритроциты:плазма, (ii) более легкое проникновение через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры, чем у других соединений, за исключением паров ртути, (iii) меньшее отложение в почках, чем у других соединений ртути». При анамнестическом анализе ртутной интоксикации определение химической формы поступавшей ртути возможно только косвенным методом, а именно, посредством сравнения концентраций в мозговой и почечной тканях, а также в эритроцитах и плазме крови. Приведенные выше данные позволяют выстроить схему для логического анализа как это показано в таблице 13. 85 Таблица 13 - Косвенное определение химической формы ртути, вызвавшей интоксикацию Химическая форма Отношение Отношение ртути концентраций концентраций мозг:почка эритроциты:плазма Различное: >1 или <1, >1 или =1, но <10 Hg0 либо = 1. <<<1 =1 или <1 Hg++ MeHg >1 > 10 или =10 Тем не менее, вопрос с распределением различных химических форм ртути по тканям и биологическим жидкостям осложняется тем, что ртуть в организме непрерывно подвергается биологической трансформации с переходом одних форм в другие. Во первых, при длительном пребывании ртути в организме независимо от первоначальной формы, основная масса ртути перейдет в неорганические соединения. Во-вторых, сам процесс биотрансформации может испытывать влияние со стороны различных факторов. Например, алкоголь, подавляя окисление металлической ртути, уменьшает ее задержку в мозге. Следовательно, у лиц, регулярно употребляющих алкоголь, распределение ртути может оказаться иным, чем у мало пьющих. 2.11.3.1 Биотрансформация ртути в организме Метаболические превращения ртути в организме включают: - окисление металлической ртути в дивалентную ртуть; - восстановление дивалентной ртути в металлическую ртуть; - метилирование неорганической ртути; - превращение метилртути в дивалентную неорганическую ртуть. Элементарная ртуть в крови окисляется в ее двухвалентную форму в эритроцитах. Основным ферментом, ответственным за окисление ртути, является каталаза. Превращение в двухвалентную форму идет также в мозговой и других тканях. Двухвалентные катионы ртути в организме человека могут восстанавливаться в одновалентную или металлическую форму. В частности после поступления в организм двухвалентной неорганической ртути в выдыхаемом воздухе могут появиться пары 86 элементарной ртути, которая образовалась в результате восстановления. Метаболизм метилртути напрямую зависит от ее деметилирования в тканях организма. Скорость деметилирования различна в разных тканях. В исследованиях на обезьянах краткосрочная биотрансформация в неорганическую ртуть была следующей: в печени – 20% от всей ртути, в почках – 50%, в желчи 30-83% и в мозге менее 5%. При длительной экспозиции у макак от 10 до 33% ртути в мозге было представлено в неорганической форме, а через 6 месяцев после прекращения экспозиции – 90%. То есть, отношение между неорганической и органической ртутью после экспозиции к метилртути со временем увеличивается. Острые отравления ртутью и её парами встречаются редко. При хронических отравлениях наблюдаются эмоциональная неустойчивость, раздражительность, снижение работоспособности, нарушение сна, дрожание пальцев рук, снижение обоняния, головные боли. Характерный признак отравления, - появление по краю дёсен каймы сине-чёрного цвета, поражение дёсен (разрыхлённость, кровоточивость) может привести к гингивиту и стоматиту. При отравлениях органическими соединениями ртути. (диэтилмеркурфосфатом, диэтил-ртутью, этилмеркурхлоридом) преобладают признаки одновременного поражения центральной нервной (энцефало-полиневрит) и сердечно-сосудистой систем, желудка, печени, почек. Лечение: внутривенное введение 20%-ного раствора гипосульфита (12,-15 вливаний на курс), унитиол, фармакологические и физиотерапевтические средства, нормализующие высшую нервную деятельность, курортолечение и др. Профилактика: - замена ртути менее вредными веществами; - правильные способы хранения; - соблюдение мер безопасности при использовании (герметичность оборудования; - рациональная отделка помещений, рабочих поверхностей, эффективная вентиляция); - индивидуальная защита; - предварительные и периодические медицинские осмотры. 87 2.12 Третья подгруппа группа периодической системы. Побочная 2.12.1 Скандий Скандий типичный рассеянный элемент, слабый мигрант Среднее содержание в земной коре (кларк) 2,2×10-3% по массе. 21Sc45 – устойчив, остальные изотопы радиоактивны. Распад изотопов электронный и позитронный, период полураспада от долей секунды до нескольких десятков дней. Данных о биологической активности скандия нет. Критические органы для радиоактивных форм скандия – желудочно-кишечный тракт, печень и легкие. 2.12.2 Иттрий Среди изотопов иттрия от иттрия-82 до иттрия-96, только изотоп 39Y89 – устойчив, остальные радиоактивны, с периодом полураспада от 2 минут до 108 дней. Информации о действии стабильного изотопа мало. При избыточном поступлении в организм может заменять кальций в костях, что приводит к их хрупкости. Критические органы для радиоактивных форм иттрия – желудочнокишечный тракт, кость, печень и легкие. 2.12.3 Лантаноиды Содержание лантаноидов в природных водах и организмах ничтожно. Их водная и биогенная миграция изучена плохо. В сельском хозяйстве соединения лантаноидов применяют в качестве инсектицидов и микроудобрений. Среди лантаноидов практически все атомы имеют как стабильную, так и нестабильную структуру ядер. Европий Вероятность попадания европия в организм человека представляется незначительной. Возможно поступление европия в организм с водой в микроскопических количествах. Нельзя исключать вероятности и других путей попадания в организм у людей, сталкивающихся с соединениями европия на производстве. Европий относится к малотоксичным элементам. По крайней мере, нет информации о последствиях воздействия европия на организм человека. Единственное, что можно с большой степенью достоверности утверждать, так это то, что в силу своих химических свойств, европий (как и другие лантаноиды) может замещать в биологических системах кальций. На данный момент отсутствуют данные о какой - либо биологической роли европия в организме человека. Радиоактивный 88 европий, полученный в атомных реакторах, использовали при лечении некоторых форм рака. Критические органы для радиоактивных форм европия – желудочно-кишечный тракт, кость, почки и легкие. 2.12.4 Актиноиды Практически все представители этой группы радиоактивны, чем преимущественно определяется их действие на организм. Однако встречаются стабильные и долгоживущие изотопы, для биологического действия которых важную роль играют их химические свойства. Естественный уран состоит из смеси трех изотопов: уран-238, уран-235, уран-234. Основной изотоп уран-238 является родоначальником радиоактивного ряда – рисунок 11. В процессе распада он образует несколько радиоактивных элементов. Наиболее значимыми из них являются радий-226 и радон-222. 238 9 234 234 --- 6,7 ч 92U234-92U --4,56*10 л 90Th --- 24 дня 91Ra 2,48*105 л 90Th230--8*104 л 88Ra226--1617 л 86Rn222--3,8 д 218 84Po Рисунок 11- Радиоактивный ряд распада урана-238 Уран достаточно активный химический элемент и поэтому его содержание в минералах, почвах, водах и растительности заметно. В организм человека он попадает с пищей, питьевой водой и вдыхаемым воздухом. Накапливается в костях, почках и легких, что обуславливает костные, почечные и легочные патологии. Токсическое действие урана основано на большом комплексе соединений, которые образуют его продукты распада, а при длительном поступлении основным поражающим фактором становится радиационный фактор. Критические органы для радиоактивных форм урана – ЖКТ, кость, почки и легкие Торий как радиоактивный элемент является одни из источников радиоактивного фона Земли. Его содержание в объектах окружающей среды повсеместно. Однако в речной воде его на порядок меньше, чем урана, и на два порядка ниже, чем калия-40. В организм человека торий может попадать через органы дыхания и пищеварения, а затем откладываться в легких, в скелете, в костном мозге, печени, почках. Из организма выводится медленно: от 1,5 до 70 лет. Токсичность тория обусловлена его радиоактивностью. Обычно поражаются органы в которых он накапливается, вызывая их злокачественное 89 перерождение печени). Так радиоактивных радиоактивных почки и легкие (карциномы, саркомы, лимфогранулематоз, цирроз же, как и уран, НРБ нормируют поступление изотопов тория в организм. Критические органы для форм европия – желудочно-кишечный тракт, кость, 2.13 Четвертая группа периодической системы. Побочная подгруппа 2.13.1 Титан У человека суточное поступление титана с продуктами питания и водой составляет 0,85 мг, выводится с мочой и калом (0,33 и 0,52 мг соответственно). Значение и роль титана в организме человека и других организмов в настоящее время активно изучается. В хроническом эксперименте на растениях и животных путем определения реакции организма на добавку титана отмечено возникновение ряда заболеваний при нарушении его обмена. В развернутой фазе острого лейкоза, при гастрогенной железодефицитной анемии, постгеморогической анемии, раке, язвенной болезни желудка и при оперативном вмешательстве в ранние послеоперационные сроки содержание титана в крови снижается. Нарушение его обмена отмечено также при болезни Боткина, токсикозе и нефропатии беременных, у больных микробной экземой и нейродермитом, при ожогах. При повышении дозы титана в организме ответная реакция возрастает, затем достигает нормы. В эксперименте на крысах при изучении иммунорегуляторных свойств комплексоната титана на основе гидроксиэтилидендифосфоновой кислоты установлен дозо зависимый эффект на показатели клеточного и гуморального иммунитета. Титан является постоянной составной частью организма и выполняет определенные жизненно важные функции: повышает эритропоэз, катализирует синтез гемоглобина, иммуногенез. Комплексонаты титана стимулируют фагоцитоз и активируют реакции клеточного и гуморального иммунитета. Содержание титана в крови человека колеблется от 2,3 до 20,7 мг, % на золу. Цельная кровь содержит 6,53 мкг % титана, эритроциты 2,34 мкг, %, плазма - 2,39 мкг, %, лейкоциты - 0,0067 мкг, %. Распределение титана в различных отделах головного мозга неравномерно. Наибольшее количество его обнаружено в слуховом центре и зрительном бугре. Он постоянно присутствует в женском 90 молоке в количестве 14,7 мг, %. Самое высокое содержание титана в кобыльем молоке. Постоянное присутствие титана в эмбрионе указывает на проходимость плаценты дня циркулирующих в крови соединений титана, и является собирателем соединений титана. мочевины и холестерина. Поступает в организм с пищей. Содержится в костной и мышечной тканях, крови, зубной эмали. Титан, благодаря инертности к тканям организма широко применяется в медицине - протезирование (в том числе стоматология), медицинские инструменты, присыпки, наполнители таблеток. Повышенный уровень титана в организме отражает контакты с этим металлом, не представляющим серьезной опасности для организма человека. Относительно малотоксичен. 2.13.2 Цирконий Ежедневно в организм человека поступает около 1 мг циркония. Систематический контакт с цирконием (более 40 лет) может приводить к интоксикации. Физиологическая роль циркония мало изучена. Повышенное содержание циркония в организме возможно у рабочих атомной промышленности и машиностроительных отраслей. При остром ингаляционном отравлении возможно развитие острого пневмонита, проявляющегося в виде тяжелого воспаления бронхиол и эпителиальных изъязвлений. Сплавы на основе циркония применяют преимущественно в качестве конструкционных материалов в ядерных реакторах, при изготовлении ракет и других летательных аппаратов. Соли циркония применяются для лечения отравления плутонием, вытесняя плутоний (и иттрий) из мест его накопления в скелете и препятствуют его накоплению при лечении на ранних стадиях. В ходе исследования было установлено, что диета крыс может составлять до 20% оксида циркония в течение длительного периода без вредных последствий. Соединения циркония рекомендованы и используются для местного лечения дерматита Руса (плющевого отравления) и для изготовления дезодорантов тела. Некоторые из применяющихся на практике соединений - это карбонизированный водный оксид циркония, водный оксид циркония и циркониевый лактат натрия. Много раз отмечалось возникновение устойчивого грануломатоза кожи как результат взаимодействия с этими веществами. Непосредственный интерес в области контакта с соединениями циркония на производстве представляют последствия ингаляции, менее изученные, чем последствия их проникновения в 91 организм другими путями. Однако, проводилось несколько исследований и существует, по меньшей мере, одно сообщение о таком влиянии на человека. В описанном случае, у инженера-химика, несколько лет проработавшего на установке по обработке циркония и гафния, был обнаружен грануломатоз легких. Поскольку обследование всех остальных работников не выявило подобных изменений, случай был отнесен на счет относительно сильного воздействия бериллия, происходившего перед контактом с цирконием. Эксперименты на животных показали, что воздействие лактата циркония и цирконата бария приводит к развитию тяжелой формы постоянной хронической пневмонии. Хотя описание циркониевого пневмокониоза у людей отсутствует, авторы одного из исследований заключили, что цирконий может приводить к развитию пневмокониоза, и рекомендовали принять соответствующие меры безопасности на рабочем месте. 2.13.3 Гафний Широкое применение гафния в промышленности стимулировало исследования его биологического действия. В промышленных условиях нуклид может поступать персоналу ингаляционным путем. Величина всасывания принята равной 0,002. Из всего количества всосавшегося гафния половина накапливается в минеральной части кости, остальное равномерно распределяется в других органах и тканях. Из организма гафний выводится главным образом с мочой. Гигиенические нормативы приведены НРБ критические органы радиоактивных изотопа 72Hf175 – ЖКТ и легкие, а 181 – ЖКТ, легкие и селезенка. 72Hf Токсическое действие гафния исследовалось в опытах на животных. ЛД50 (доза, вызывающая 50 % смертность) для крыс при внутрижелудочном введении составляла около 2400 мг/кг массы тела. В желудке развивались некротические изменения, а при ингаляционном введении такие изменения на слизистой бронхов, отмечали и отек легких. Хронические отравления развивались у животных при ежесуточном введении в течение 5 часов карбида и нитрида гафния в концентрации 10,8 мг/м3 в продолжении 6 и 9 месяцев. Небольшое количество исследований токсичности соединений гафния отмечают острую токсичность слегка большую, чем у солей циркония. Гафний и его соединения повреждают печень. Хлорид гафния при 10 мг/кг вызывает кардиоваскулярный коллапс и задержку 92 дыхания у кошек таким же образом, как и растворимые соли циркония. 2.14 Пятая подгруппа группа периодической системы. Побочная 2.14.1 Ванадий В организме взрослого человека содержится около 100 мкг ванадия. Входит в состав мышечной и костной тканей, накапливается в сердечной мышце, селезенке, щитовидной железе. Участвует в регуляции углеводного обмена, сердечно-сосудистой деятельности, а также в метаболизме зубов и костей. При избыточном поступлении может оказывать токсическое воздействие, в том числе канцерогенного характера. Пути попадания в организм: - вредное производство (металлургия, плавка меди); - добыча и переработка нефти; - выбросы автомобилей; - некоторые антибиотики также содержат ванадий. 2.14.2 Ниобий Среднее содержание ниобия в земной коре (кларк) 2·10-3 % по массе, а в морской воде лишь около 1 · 10-9 % по массе. Биологическое значение не изучено. Один из изотопов устойчив, остальные подвергаются электронному или позитронному распаду, или Кзахвату. Поступление изотопов ниобия – 93, 95, 97 нормируются НРБ. Критические органы для этих изотопов – различные отделы ЖКТ, кость, легкие или все тело. 2.14.3 Тантал Среднее содержание тантала в земной коре (кларк) 2,5×10-4 % по массе. В большинстве магматических пород и биосфере он рассеян; его содержание в гидросфере и организмах не установлено. В хирургии листы, фольгу, проволоку из этого металла применяют для скрепления костей, нервов, наложения швов и др. 93 2.15 Шестая подгруппа группа периодической системы. Побочная 2.15.1 Хром В организме человека содержится 6 мг. хрома, концентрируется в основном в печени, надпочечниках, щитовидной железе, кишечнике. Хром участвует в регуляции углеводного, жирового обменах, деятельности сердечной мышцы, сосудов, регулирует уровень сахара в крови. Нехватка хрома является причиной ухудшения переносимости сахара у людей среднего и старшего возраста, избыточного веса, нарушения микроциркуляции крови, появлению бессонницы и головной боли. Чрезмерное поступление хрома оказывает канцерогенный и аллергизирующий эффекты, предрасполагает к гастритам, гепатитам, поражениям кожи. Токсическая доза для человека 200 мг. Пути попадания хрома в организм: - при хромировании стали, кожевеном и текстильном производствах, производство цемента, красителей, металлургия; - хромовые красители; - обработка древесины При дисбалансе хрома страдают: - желудочно-кишечный тракт (поражение печени, язвы); - кроветворная система (повреждение эритроцитов); - кожа (экзема, язвы, дерматит); - почки (нефропатия); - дыхательные пути (фиброз легких, аллергозы, опухоли). Хром является постоянной составной частью всех органов и тканей человека. Наибольшее количество обнаружено в костях, волосах и ногтях - из этого следует, что недостаток хрома сказывается в первую очередь на состоянии этих органов. В относительно больших количествах содержится в яйцах, телячьей печени, пшеничных зародышах, пивных дрожжах, кукурузном масле, моллюсках. Суточная норма потребления не установлена, но предполагается, что она колеблется в пределах 50-200 мкг. Хром оказывает действие на процессы кроветворения, ускоряет действие инсулина, на углеводный обмен и энергетические процессы. При хроническом отравлении хромом наблюдаются головные боли, исхудание, воспалительные изменения слизистой желудка и кишечника. Хромовые соединения вызывают различные кожные заболевания, дерматиты и экземы, протекающие остро и хронически и 94 носят пузырьковый, папулезный, гнойничковый или узелковый характер. Отравления хромом и его соединениями встречаются при их производстве, в машиностроении (гальванические покрытия), металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры), при изготовлении кож, красок. Токсичность соединений зависит от их химической структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr (VI) токсичнее соединений Cr (II), Cr (lll). Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем, они могут проходить при прекращении контакта с хромом. При длительном контакте с соединениями хрома развиваются признаки хронического отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии хрома на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения хрома, преимущественно Cr (lll), обладают канцерогенным действием. При воздействии на людей выделяют легочную и желудочную формы интоксикации. Отмечаются различные дерматиты, аллергические реакции, раздражение верхних дыхательных путей. Многочисленными эпидемиологическими исследованиями установлено, что у людей, профессионально контактирующих с хроматами чрезвычайно высока частота бронхогенного рака. Это позволило экспертам МАИР отнести хром и его соединения к группе 1 канцерогенного риска для человека. 2.15.2 Молибден Молибден - способствует метаболизму углеводов и жиров, является важной частью фермента, отвечающего за утилизацию железа, в связи с чем помогает предупредить анемию. Суточная норма приема не установлена, но предполагается на уровне 75-250 мкг. Содержится в темно-зеленых листовых овощах, неочищенном зерне, бобовых. Проявления недостаточности изучены плохо. Повышенное содержание в организме встречается очень редко. Биологическая роль молибдена. Его содержание в организме -4 10 %. Молибден - важный микроэлемент растительных и животных организмов. У клубеньковых бактерий он входит в состав нитрогеназы - фермента. отвечающего за фиксацию атмосферного азота. У растений - в состав фермента нитратредуктазы, который необходим для восстановления нитрат - иона до нитрит- иона в 95 процессе синтеза аминокислот. В организме человека молибден участвует в тканевом дыхании, синтезе аскорбиновой кислоты, в углеводном обмене. В некоторых районах Урала выявлена «молибденовая подагра» - молибден входит в состав фермента, ускоряющего образование мочевой кислоты. Токсическое действие проявляется при хроническом воздействии соединений молибдена на организм человека: ослабевает его иммунная защита, изменяется состав крови возникают болезни органов пищеварения (гастрит, холецистит), сердечно- сосудистой системы и мозга, гинекологические заболевания, кариес, снижается жизненная емкость легких. Избыток молибдена в организме человека может вызвать нарушение обмена веществ, задержку роста костей, подагру. Антропогенные источники: переработка и обогащение молибденовых руд, получение самого металла и его сплавов, фосфорные удобрения, производство цемента, микроудобрений, содержащих молибден, выбросы ТЭС. 2.15.3 Вольфрам Физиологическая роль вольфрама практически не изучена. Повышенное содержание вольфрама в организме возможно у работников металлургических предприятий. Хроническое поступление вольфрамовой пыли может приводить к развитию клинического синдрома - «болезнь тяжелых металлов». Наиболее частые симптомы этого заболевания - кашель, нарушения дыхания, атопическая астма, изменения в легких. 2.16 Седьмая подгруппа группа периодической системы. Побочная 2.16.1 Марганец Роль марганца, как и большинства других элементов в организме двояка. С одной стороны, он является эссенциальным элементом, необходимым для нормального протекания обмена веществ. С другой стороны, избыточное поступление марганца оказывает токсическое воздействие. Необходимость марганца в организме заключается в том, что он служит активатором некоторых ферментов, включая гидролазы, киназы, декарбоксилазы и трансферазы. 96 Опыты на добровольцах, употреблявших пищу со сниженным содержанием марганца, приводили к развитию шелушащихся дерматитов. Наблюдали также гипохолестеринемию. У лиц со сниженным содержанием марганца в крови с большей частотой, чем в общей популяции, встречались такие болезни как эпилепсия, экзокринная недостаточность поджелудочной железы, рассеянный склероз, катаракта и остеопороз. Этиологическая роль дефицита марганца не была доказана, но данный дефицит, вероятно, является способствующим фактором. Марганец играет роль в минерализации костей, белковом, жировом и углеводном обмене, функции нервной системы. Переносимость марганца варьирует от человека к человеку и те дозы, которые могут вызвать тяжелые расстройства у одних людей, могут быть переносимыми без последствий для здоровья у других. В этой связи трудно определить безопасную дозу. Большая работа в этом отношении была проведена в США. В 1989 году комитет по пищевым продуктам и питанию национального совета по исследованиям (the Food and Nutrition Board of the National Research Council) дал определение «расчетного безопасного и адекватного ежедневного поступления марганца с пищей» в количестве 2-5 мг в день для взрослых. Эта цифра основывается на исследованиях McLeod and Robinson (1972), которые показали благоприятное влияние марганца на обмен веществ при поступлении в организм в данном диапазоне. «Верхней безопасной границей» была определена доза в 10 мг в день для работников вредных производств. Однако, некоторые специалисты по питанию считают, что суточная потребность человека в марганце составляет 3.5-7 мг. По данным обзора большого количества исследований эксперты Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) считают нормальным суточное потребление марганца в дозе 2.0-8.8 мг, а наиболее адекватной дозой является 2-3 мг в день. Дозы до 9 мг в день являются совершенно безопасными. Токсические свойства марганца Марганизм – это прогрессирующее неврологическое расстройство, которое включает в себя уплощенность эмоций, расстройства походки, мелкий тремор и, иногда, психические нарушения. Это состояние напоминает болезнь Паркинсона и получило название «Паркинсонизм, вызванный марганцем». Первые проявления марганизма носят субъективный характер и проявляются чувством слабости, тяжести и скованности движений в конечностях, снижением аппетита, мышечными болями, нервозностью и 97 головными болями. В некоторых случаях бывают апатия, приступы психомоторного возбуждения или агрессивного деструктивного поведения, эксцентричность и навязчивые действия. На следующей стадии появляются более специфические расстройства в форме замедленности и маловыразительности речи, замедления и неловкости движений конечностей, расстройства походки и мелкого тремора. Дальнейшее прогрессирование болезни может привести к очень выраженным нарушением движений. Иногда развиваются выраженные психические нарушения в форме мании или психоза. В отношении обратимости этих расстройств имеется недостаточности данных. Считается, что большая часть данных нарушений необратима. Обычно симптомы марганизма описываются у шахтеров, а также у работников ферросплавных производств и некоторых других профессиональных групп. Реже эти нарушения описываются в общей популяции. В Японии была описана вспышка у 6-ти семей (25 человек), у которых поступление марганца было связано с его высокой концентрацией в питьевой воде. Проявления включали маскообразное лицо, мышечную ригидность и тремор, психические изменения. Вдыхание марганца в форме частиц приводит к воспалительному процессу в органах дыхания. Признаки раздражения легких включают кашель, бронхиолит, пневмонит и снижение дыхательной функции легких. Пневмония описывалась как в результате острого, так и хронического ингаляционного воздействия. Как и в случае неврологических эффектов, нарушения со стороны легких обычно описываются у профессионалов, однако, респираторные расстройства в результате ингаляции марганца сообщаются и в общей популяции. Так у населения подверженного ингаляции пыли от ферросплавного предприятия был более высокий уровень смертности от пневмонии, чем в контрольной популяции. В данном случае речь шла о большей предрасположенности к респираторным инфекциям в результате раздражения ткани легких частицами, содержащими марганец. Пути поступления марганца Основная масса публикаций о хроническом отравлении марганцем из окружающей среды связана с ингаляционным поступлением. Мало публикаций об иных путях поступления. Избыточное оральное поступление марганца в общей популяции описывалось при употреблении воды с высокими концентрациями марганца и растительной пищи. В группах, употреблявших избыточное количество марганца не было отмечено неврологических 98 заболеваний, но, тем не менее, оценки в ряде двигательных тестов были достоверно ниже, чем в контрольной группе. В одном опубликованном случае мужчина 62 лет находился на парентеральном питании и на протяжении 23 месяцев получал марганец по 2.2 мг в день. У него развился паркинсонизм, дизартрия, гипокинезия, повышенный мышечный тонус, нарушение походки и маскообразное лицо. Концентрация марганца в цельной крови была повышена. Для сравнения этого пути поступления с оральным нужно принимать в расчет всасывание марганца в желудочно-кишечном тракте. Если допустить, что всасывание составляет 5% оральной дозы, то ежедневное внутривенное поступление 2.2 мг марганца примерно соответствует 40 мг оральной дозы. Агентство по охране окружающей среды (EPA, США) произвело изучение литературы по относительной биодоступности марганца из пищи и питьевой воды. Был сделан вывод, что биодоступность марганца из пищи и воды приблизительно одинакова. Биодоступность из пищи составляла 70% от биодоступности из воды, но разница не была статистически значимой. Поступление марганца из пищи зависит также от характера этой пищи. Клетчатка, танины, оксалаты и другие компоненты пищи снижают всасывание марганца за счет образования слабо растворимых комплексов. Всасывание марганца также снижается при высоком содержании кальция и фосфора в продуктах. Оказалось также, что всасывание и выведение марганца находится под гомеостатическим контролем, который делает безопасным оральный прием большого диапазона доз. Ингаляционное поступление марганца считается основным фактором хронической интоксикации у человека. Произведено достаточно большое количество исследований о предельно допустимых концентрациях марганца в воздухе, которые не вызывают токсических эффектов. Имеются ввиду токсические воздействия как на органы дыхания так и на нервную систему. Концентрации в воздухе выражаются в мг/м3. EPA (агентство по охране окружающей среды, США) считает предельно допустимой концентраций марганца -5 в воздухе 5*10 мг/м3. Токсичность ингалируемого марганца зависит как от свойств частиц, в которые он включен, так и от дальнейшей его фармакокинетики после попадания в организм. Отложение марганца в дыхательных путях зависит от размера частиц. Частицы с диаметром <2.5 мкм откладываются преимущественно в легких, а частицы с диаметром > 2.5 мкм – в трахеобронхиальном и экстраторакальном регионах. Частицы отложившиеся в экстраторакальном и 99 трахеобронхиальном регионах удаляются благодаря механизмам мукоцилиарного клиренса. Коэффициент всасывания здесь низок (около 3%). Частицы, отложившиеся в легких, удаляются за счет поступления в кровь и лимфу. Допускается, что в легких происходит 100% всасывание. Как уже упоминалось, поступление и выведение марганца из организма регулируется гомеостатическими механизмами. Они зависят не только от пути и формы поступления, но также от состояния организма. Так было показано, что недостаточное содержание кальция и железа усиливало всасывание марганца: всасывание марганца у больных с анемией было 7.5%, а у нормальных людей – 3%. Авторы предполагают, что в определенных популяциях, таких как дети, беременные женщины, пожилые люди, лица с заболеванием печени, а также с дефицитом железа и кальция, всасывание марганца выше, чем в общей популяции. Клинические проявления хронической марганцевой интоксикации Тяжелая марганцевая интоксикация проявляется синдромом Паркинсона. Однако даже в отсутствие признаков болезни Паркинсона, двигательные тесты у экспонированных выявляют значимо более низкие показатели, чем в контроле. У этой же группы также значимо более низкие оценки в выполнении психологических тестов. Вторая группа расстройств связана с поражением органов дыхания. Как уже упоминалось выше, чаще всего регистрируется повышенная частота и продолжительность инфекций органов дыхания. Повышенная склонность к пневмонии описывалась как при остром, так и хроническом ингаляционном поступлении. Эффекты со стороны органов дыхания связаны с ингаляцией пыли, содержащей марганец и регистрируются не только у работников, но и в общей популяции. Есть сообщения о воздействии марганца на половую сферу в форме импотенции и утраты либидо у работников мужского пола. Данных о нарушениях фертильности, вызванных марганцем, у женщин и в общей популяции нет. При исследовании на марганцевую интоксикацию измеряют содержание этого элемента в волосах, крови, в кале и моче. Однако трудно интерпретировать результаты этих исследований, так как нет прямых корреляций между концентрацией марганца в данных образцах и его содержанием в тканях организма. В связи с этим в 1989 100 году американский комитет по пищевым продуктам и питанию (Food and Nutrition Board) признал отсутствие надежных биомаркеров. Аналогичным образом, агентство по защите окружающей среды (EPA) предложило оценивать марганцевую интоксикацию исходя из расчетов поступления, а не измерений содержания марганца в доступных биологических материалах. В качестве биомаркера рассматривалась также экскреция марганца с желчью. Однако оказалось, что эта секреция имеет некоторую пропорциональность с недавним поступлением, но не с запасами марганца в организме. Сомнительна также полезность исследования экскреции марганца с мочой. Исследователи не смогли обнаружить разницу в экскреции марганца с мочой у женщин получавших 125 дней по 15 мг марганца в день и по 1.7 мг с пищей. В исследованиях на животных надежным биомаркером является исследование концентрации марганца в тканях. У человека ограничена возможность исследования тканей. Единственной легко доступной тканью является кровь. При исследовании женщин на протяжении 20 дней получавших различные дозы марганца обнаружено, что у женщин, получавших 1.7 мг в день, концентрация марганца в сыворотке крови была значимо ниже, чем у женщин, получавших 15 мг в день. Полезным биомаркером может оказаться магнитно-резонансная томография (МРТ). Наблюдается повышенная интенсивность сигналов от некоторых регионов мозга, у лиц с повышенным поступлением марганца. 2.16.2 Технеций Все изотопы технеция радиоактивны по типу β- ,β+ и К-захвату. Имеются короткоживущие изотопы и изотопы с очень большим периодом полураспада. Технеций радиационно опасен, работа с ним требует специальной герметизированной аппаратуры. Критические органы – ЖКТ, почки, легкие. В биологическом отношении практически не изучен. Различные соединения технеция широко применяются в диагностике опухолей головного мозга, изучении центральной и периферической гемодинамики и др. 2.16.3 Рений Рений типичный рассеянный элемент. Его среднее содержание в земной коре 710-8% по массе. Биологическое действие слабо изучено. Содержание радиоактивных изотопов рения нормируется НРБ. Критические органы для рения-183 в растворимой форме – все 101 тело и ЖКТ, для нерастворимой формы – легкие и ЖКТ, для рения184, в растворимой форме – щитовидная железа и ЖКТ, для нерастворимой формы – легкие и ЖКТ. Для рения 186 и 188 критическими органами являются нижние отделы толстого кишечника. 2.17 Восьмая подгруппа группа периодической системы. Побочная 2.17.1 Железо Железо принимает участие в переносе кислорода, в окислительных и энергетических процессах, обеспечивает иммунные функции. Дефицит железа вызывает малокровие, изменения в сердечной и скелетной мышцах, заболевания пищевода. Избыток железа приводит к токсическому влиянию на печень, селезенку, головной мозг, усилению воспалительных процессов. В медицине железосодержащие БАД применяют для восполнения железа в ситуациях, связанных с увеличением потребности организма в биоэлементе (беременность, лактация, кровопотери, периоды роста и развития). Токсическая доза для человека 200 мг. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - увлечение вегетарианством; - дефицит витамина С; - кровотечения (язва, месячные, операции); - гастрит с пониженной секрецией; - глистная инвазия; - нарушение функций щитовидной железы; - фиброзо-костные образования; - донорство; - беременность; - физические перегрузки; - опухоли, инфекции, ревматизм Дисбаланс железа отражается на работе: - кроветвореной системы (анемия, гемохроматоз, гемосидероз); - сердца (нарушение обменных процессов); - мышечной ткани (слабость, снижение выносливости); - центральной нервной системе (головокружение, нарушение концентрации, головная боль, снижение памяти); 102 - иммунной системе (увеличение числа простудных заболеваний); - слизистой. Общее содержание железа в организме человека составляет около 4,25 г. Из этого количества 57% находится в гемоглобине крови, 23% - в тканях и тканевых ферментах, а остальные 20% депонированы в печени, селезенке, костном мозге и представляют собой "физиологический резерв" железа. Средний пищевой рацион человека должен содержать не менее 20 мг железа и 30 мг для беременных. Важно помнить, что в течение месяца женщины теряют железа почти вдвое больше, чем мужчины. Железо является жизненно необходимым элементом для организма. Оно входит не только в состав гемоглобина, но также и в состав протоплазмы всех клеток. Железо также входит в состав цитохромов (сложные белки, относящиеся к классу хромопротеидов), участвующих в процессах тканевого дыхания. При недостатке железа в организме развивается железодефицитная анемия (малокровие). В больших количествах железо содержится: в свиной печени, говяжьих почках, сердце и печени, непросеянной муке, сырых моллюсках, сушеных персиках, яичных желтках, устрицах, орехах, бобах, спарже, овсяном толокне. Явления отравления железом выражаются рвотой, диареей (иногда с кровью), падением артериального давления, параличом ЦНС и воспалением почек. При лечении железом могут развиться запоры, так как железо связывает сероводород, что ослабляет моторику кишечника. В норме человек получает с рационом 60-110 мг элемента, что значительно превышает его суточную потребность. Его всасывание, при поступлении с пищей происходит в верхнем отделе тонких кишок, откуда оно в связанной с белками форме поступает в кровь и разносится с кровью к различным органам и тканям, где депонируется в виде железо-белкового комплекса - ферритина. Основное депо в организме - печень и селезёнка. За счёт железа ферритина происходит синтез всех железосодержащих соединений организма: в костном мозге синтезируется дыхательный пигмент гемоглобин, в мышцах - миоглобин, в различных тканях цитохромы и другие железосодержащие ферменты. Выделяется из организма оно главным образом через стенку толстых кишок (у человека около 6-10 мг в сутки) и в незначительной степени почками. Избыток железа в организме может привести к дефициту меди, цинка, хрома и кальция, а также к избытку кобальта. 103 Потребность организма в железе меняется с возрастом и физическим состоянием. На 1 кг веса необходимо детям - 0,6, взрослым - 0,1 и беременным - 0,3 мг элемента в сутки. 2.17.2 Кобальт В организме взрослого человека имеется всего несколько мг кобальта, он концентрируется в основном в почках, печени, селезенке. Кобальт активно участвует в образовании гормонов щитовидной железы, повышает усвоение железа, незаменим при кроветворении (вместе с медью и железом), стимулирует образование эритроцитов, красных кровяных телец. Кобальт особенно необходим после травм, кровопотерь, для успешной реабилитации при заболеваниях нервной системы. Токсическая доза для человека 500 мг. Причины дисбаланса и пути попадания в организм: - диализ; - недостаточность витамина В12; - дезодоранты; - злоупотребление пивом; - контакт с кобальтом на производстве (металлы, краски); - наследственная пернициозная анемия При дисбалансе кобальта страдают: - печень (стеатоз); центральная нервная система (снижение памяти, заторможенность, маразм); - костная система (остеодистрофия); - сердце; - кожа (аллергодерматит); - легкие (пневмосклероз, кобальтовая пневмония). 2.17.3 Никель В организм взрослого человека поступает до 200 мкг никеля в день. В небольших количествах никель необходим для регуляции обмена ДНК, окисления аскорбиновой кислоты. Никель угнетает действие адреналина, снижает артериальное давление. Избыточное поступление никеля в организм может вызывать пигментацию кожи. Пути поступления никеля в организм: - пища, воздух; - никелированная посуда, столовые приборы и приборы для приготовления пищи; - загрязненные овощи и фрукты; - коронки; 104 - табакокурение; - в машиностроении, металлургии, угледобыче, гальванике и других отраслях промышленности 2.17.3 Платиновая подгруппа 2.17.3.1 Платина С пищей в организм человека в сутки поступает 1 мкг платины, усваивается только 0,5% от поступившего количества. Хроническая интоксикация соединениями платины на рабочем месте (вдыхание пыли, содержащей комплексные соединения платины) приводит к развитию профессиональной болезни (платиноз), которая характеризуется появлением затрудненного дыхания, чихания и кашля, конъюнктивита, покраснения и шелушения кожи, крапивницы, одышки (вплоть до развития так называемой «платиновой астмы»). Данные о влиянии дефицита платины на организм животных и человека отсутствуют. Для установления содержания платины в организме человека используют определение концентрации платины в моче и волосах. 2.17.3.2 Другие элементы платиновой группы Пары легколетучих RuO4 и OsO4 вызывают общее отравление, а также тяжёлые поражения дыхательных путей и глаз (вплоть до потери зрения). При попадании этих соединений на кожу она чернеет (вследствие восстановления их до RuO2, OsO2, Ru или Os) и воспаляется, причём могут образоваться трудно заживающие язвы. В организме платиновые металлы представлены главным образом элементом рутением, а также искусственными радиоизотопами рутения и родия. Морские и пресноводные водоросли концентрируют радиоизотопы рутения в сотни и тысячи раз (по сравнению со средой), ракообразные - в десятки и сотни, моллюски до десятков, рыбы и головастики лягушек - от единиц до сотен. 106Ru интенсивно мигрирует в почве, накопляясь в корнях наземных растений. У наземных млекопитающих радиоизотопы Ru всасываются через пищеварительный тракт, проникают в лёгкие, отлагаются в почках, печени, мышцах, скелете. Радиоизотопы Ru - составная часть радиоактивного загрязнения биосферы. Радиоактивные изотопы платиновой группы нормируются НРБ. Критическими органами для осмия являются ЖКТ и легкие, для иридия и платины - ЖКТ, легкие и почки, для рутения – ЖКТ и легкие, для родия – ЖКТ, для палладия – ЖКТ, почки и легкие. 105 Заключение С точки зрения биохимика и биофизика, биологический организм, будь это микроорганизм, растение или организм животного, или человека – представляет собой биохимическую и биофизическую систему или машину, использующую, в конечном счете, энергию солнца для совершения определенных работ. Ни один из организмов не в состоянии производить весь спектр существующих в биосфере органических веществ, обуславливающих движение в биоме Земли. Однако многие, простые в химическом отношении вещества, поступают в организм, в том числе и в организм человека, где выполняют определенную роль. Избыток, равно как и недостаток таких веществ, приводит к расстройству в деятельности биохимических систем и, как следствие, к выходу организма за параметры, определяющие здоровье. Неравномерность распределения химических элементов в компонентах ландшафтов, обусловлен как химической природой веществ, так и условиями гипергенеза и эволюции Земли. Эта неравномерность и определяет наличие биогеохимического потенциала в элементах биосферы в пространстве и во времени. Несмотря на процессы, происходящие при выветривании, не происходит равномерного распределения химических элементов в ландшафтах. Представления о роли химических элементов в жизнедеятельности организмов претерпевали значительные изменения даже в последние десятилетия. Вещества, считавшиеся, нейтральными или, безусловно, вредными, оказывались жизненно необходимыми. Благодаря биохимическим и биогеохимическим исследованиям была установлена биологическая роль многих веществ, в том числе металлов, относящихся к тяжелым, и показана их роль в деятельности ферментов. Биогеохимия - сравнительно новое научное направление, возникшее на стыке между геологией, химией и биологией. Общим объектом исследования являются химические элементы и их движение в различных объектах биосферы. Распространенность химических элементов, их количественные величины, участие в метаболических процессах живых организмов зависят от происхождения, строения, химических свойств и физических характеристик, определяющих роль и значение в системах различных уровней. 106 В третьей части данного пособия, представлены данные о влиянии химических элементов на здоровье человека. Единство происхождения, свойств и взаимодействия составляющих живых систем, обуславливает высокую согласованность процессов жизни, а механизмы гомеостаза обеспечивают динамическое постоянство состава и качества внутренней среды, что приводит к устойчивости основных физиологических функций организма, обеспечивающих здоровье. 107 Литература Основная 1 Гуляева М.Ф. Экологическая биохимия. — Новосибирск : 2003. — 131 с. 2 Жеребцов Н.А.. Биохимия. — Воронеж: ВГУ, 2002. — 293 с. 3 Жолнин А.В. Химия биогенных элементов. — Челябинск: ЧГМА, 2001. — 65 с. 4 Мызина С.Д. Биологическая роль химических элементов. — Новосибирск: НГУ, 2004. — 70 с. 5 Тихомирова Н.А. Технология продуктов функционального питания. — М. : Франтэра, 2002. — 212 с. Дополнительная 6 Биохимия растений. — Ростов на Дону: Феникс, 2004 — 224с. 7 Дубровский В.И. Валеология. — М. : Флинта, 1999. — 560 с. 8 Колбанов В.В. Валеология. — СПб. : Деан, 1998. — 231 с. 9 Равель П. Среда нашего обитания. Кн.4. — М. : Мир, 1995. — 191 с. 108 Приложение А (информационное) Глоссарий Алкил - общее название одновалентных остатков насыщенных углеводородов алифатического ряда. Например метил СН3—, этил С2Н5—. Анемия (от греч. an - отрицат. частица и háima - кровь), малокровие - группа заболеваний, характеризующихся снижением содержания в эритроцитах гемоглобина (красящее вещество крови, переносящее кислород), количества эритроцитов в единице объёма крови. Анемия постгеморрагическая - малокровие, возникающее как следствие кровопотерь. Анизоцитоз - вариабельность размеров форменных элементов крови, выходящая за пределы нормы (например, наличие микроцитов, макроцитов). Антидоты (от греч. antidoton - даваемое против), противоядия лекарственные средства для лечения отравлений. Антидоты обезвреживают яды и предупреждают или устраняют вызываемые ими токсические эффекты. Применяются до всасывания яда (антидот местного действия) и после его поступления в кровоток (антидот резорбтивного действия). Антиокислители, антиоксиданты, ингибиторы окисления природные или синтетические вещества, способные тормозить окисление органических соединений. Антисептика (от анти... и греч. septikós - гнойный) - способ химического и биологического обеззараживания ран, предметов, соприкасающихся с ними, операционного поля, рук хирурга и воздействия на инфекцию в организме больного. Антихолинэстеразные средства (от анти..., холин и эстераза) группа лекарственных веществ, тормозящих активность холинэстеразы (фермента, расщепляющего ацетилхолин, вещество, передающее возбуждение в нервной системе). Механизм действия антихолинэстеразных средств заключается в усилении действия ацетилхолина на железы, сердце, нервные узлы, гладкую и скелетную мускулатуру. Анурия (от греч an - отрицательная частица и uron - моча) отсутствие выделения мочи. 109 Апластическая анемия - заболевание кроветворной системы, выражающееся в резком угнетении или прекращении роста и созревания всех трёх клеточных линий в костном мозгу, или так называемом панмиелофтизе. Аритмия (от греч. а - отрицательная частица и rhythmos - ритм) нарушение нормального ритма сердца. Аритмия проявляется в учащении (тахикардия) или замедлении (брадикардия) сокращений сердца, в появлении преждевременных или добавочных сокращений (экстрасистолия), в приступах сердцебиений (пароксизмальная тахикардия), в полной неправильности промежутков между отдельными сокращениями сердца (мерцательная аритмия). Артрит (от греч. árthron - сустав) - группа суставных заболеваний инфекционного происхождения или развивающихся в результате нарушения питания сустава. Атопическая бронхиальная астма - вызывается аллергенами животного и растительного происхождения, а также химическими веществами, которые ингаляционно сенсибилизируют дыхательные пути. При атопической бронхиальной астме типичной является аллергия к домашней пыли, сыпучим пищевым продуктам (например, к муке), лекарствам. Атопическая бронхиальная астма чаще начинается в детском или в юношеском возрасте. АТФ – аденозинтрифосфорная кислота. Основное магроэргичное вещество живых организмов. БАД –биологически активная добавка. Базедова болезнь - заболевание, связанное с повышением функции щитовидной железы, описанное немецким врачом К. Базедовом (К. Basedow, 1799-1854), то же, что зоб диффузный токсический. Брадикардия (от греч. bradýs - медленный и kardía - сердце) уменьшение частоты сердечных сокращений ниже 60 ударов в 1 мин. Может встречаться как нормальное, конституционально обусловленное явление у совершенно здоровых людей, хорошо тренированных спортсменов, как один из симптомов при многих болезнях. Чаще наблюдается вследствие органических нарушений предсердно-желудочковой проводимости - блокады сердца, при инфаркте миокарда, и воспалительных (инфекционных и токсических) поражениях сердечной мышцы. Брадикардия синусовая - снижение частоты сердцебиения до 60 уд/мин и менее при сохранности правильного синусового ритма. Клиника нередко отсутствует, возможны жалобы на редкий пульс, слабость, чувство -замирания- сердца, головокружение, при 110 выраженной брадикардии - обмороки. Однако в ответ на физическую нагрузку появляется учащение пульса, что отличает брадикардию от полной атриовентрикулярной блокады с брадикардией. Нередко отмечается сочетание с синусовой аритмией. Бронхит воспалительное заболевание бронхов с преимущественным поражением слизистой оболочки. Бронхит - одно из наиболее часто встречающихся у человека заболеваний органов дыхания; нередко протекает при одновременном поражении верхних дыхательных путей. Возникает в результате вирусной или бактериальной инфекции (грипп, корь, коклюш и др.), воздействия токсических веществ (некоторые боевые отравляющие вещества, ряд промышленных ядов, раздражающая пыль), вследствие курения и др. Вазоневроз (vasoneurosis; вазо- + невроз), вегетососудистая дистония - нарушение в работе вегетативной нервной системы, главного регулятора внутреннего равновесия в организме. Викаир - действующие вещества: висмута нитрат основной, магния карбонат основной, натрия гидрокарбонат, порошок корневища аира и коры крушины. Показания, дозы и способ применения как и у викалина. Викалин - действующие вещества: висмута нитрат основной, магния карбонат основной, натрия гидрокарбонат, порошок корневища аира и коры крушины, рутин, келлин. Терапевтическое действие: вяжущее, антацидное, слабительное, спазмолитическое. Показания: язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, гиперацидный гастрит. Витамин В12 (цианкобаломин) – самый сложный из всех витаминов. Относительная молекулярная масса – 1356. Сложное соединение, близкое по структуре к геминам крови и содержащее кобальт. Основная роль в организме – усиление синтеза нуклеиновых кислот и участие в превращениях некоторых аминокислот. ВОЗ – всемирная организация здравоохранения. Зоб у человека - увеличение щитовидной железы вследствие разрастания её лимфоидной функциональной (паренхимы) ткани или соединительно-тканной стромы. Гем-комплексное соединение железа. Гем (от греч. haima кровь), небелковая часть (т. н. простетическая группа) гемоглобина его красящее вещество. По химической природе гем - соединение протопорфирина с двухвалентным железом. В организме позвоночных он синтезируется из более простых азотистых соединений (глицина и сукцината) и из резервного железобелкового комплекса - ферритина, находящегося в селезёнке, печени, костном мозге. Гем, выделенный 111 из крови различных позвоночных животных, имеет одинаковую химическую структуру: Гиперкератоз (от гипер.... и греч. kéras, родительный падеж kératos - рог, роговое вещество) - чрезмерное развитие рогового слоя кожи человека. Гиперпаратиреоз (ГПТ), фиброзно-кистозная остеодистрофия (болезнь Рикленгаузена) - заболевание, вызванное повышенной продукцией паратиреоидного гормона гиперплазированными или опухолево-измененными паращитовидными железами. Гипертония (от гипер... и греч. tónos - напряжение) - повышение напряжённости (тонуса) тканей и органов; чаще термином «гипертония» обозначают повышение кровяного давления, являющееся основным признаком гипертонической болезни, нефрита и др. Гипокалиемия (от греч. hypó - под, внизу), часть сложных слов, указывающая на нахождение внизу, а также на понижение против нормы – падение содержания калия в крови. Гипомимия - нарушение мимики, характеризующееся ее бедностью, застывшим, маскообразным выражением лица. Улыбка, гримаса плача при эмоциях возникает с запозданием, и также с запозданием появляется прежнее обычное выражение лица. Возникает при поражении экстрапирамидной системы мозга. Наиболее ярко она выражена при синдроме паркинсонизма. Гипохолестеринемия (hypocholesterinaemia; гипо- + холестерин + греч. haima кровь) - пониженное содержание холестерина в крови (у 112 взрослых менее 120 мг %); наблюдается при болезнях печени, голодании, анемии, шоке и т. п. Гломерулонефрит хронический - хроническое иммунновоспалительное поражение почек. Может быть исходом острого гломерулонефрита (10-20 %), у 80 % больных развивается постепенно, незаметно. Болеют чаще мужчины до 40 лет. Предрасполагающими факторами являются инфекции, применение некоторых лекарств (препараты, содержащие золото, литий, Д-пеницилламинвакцины, сыворотки), употребление алкоголя, органические растворители, ртутьсодержащие мази. В некоторых случаях возможно развитие хронического гломерулонефрита по типу аллергической реакции немедленного типа - при повышенной чувствительности к цветочной пыльце, укусах насекомых. Механизм развития болезни аутоимммунный При всем разнообразии вариантов хронического гломерулонефрита неизбежно развитие хронической почечной недостаточности. Дерматол – основная висмутовая соль галловой кислоты. Применяют наружно как антисептическое, вяжущее и подсушивающее средство при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек. Дерматит - это воспаление кожи. Это заболевание имеет различную природу происхождения и, собственно, термин "дерматит" носят многие кожные болезни, например атопический дерматит, себорейный дерматит, герпетиформный дерматит и другие разновидности. Обычно о дерматитах говорят, имея в виду кратковременные воспалительные состояния кожи, вызванные какойто известной причиной (фактором). Он может воздействовать при непосредственном контакте с кожей или проникать в нее через кровь. В первом случае заболевание называют контактный дерматит, а во втором - токсидермия. К примеру, если воспаление кожи возникло после использования косметических средств, с каким-либо лекарственным препаратом, то это контактный дерматит, а если то же вещество принималось во внутрь и возникло воспаление кожи - это токсидермия. Детергены – синтетические моющие средства. Диарея (от греч. Diarrhéo - истекаю), понос - учащённое выделение жидкого кишечного содержимого. Дизурия (греч. dysuría, от dys... - приставка, означающая затруднение, нарушение, и úron -моча) - нарушение мочеиспускания, обычно вследствие затруднения выведения мочи из мочевого пузыря при сдавлении мочеиспускательного канала гематомой, опухолью, 113 увеличенной предстательной железой, при закупорке камнем и др., а также в результате функциональных расстройств при заболеваниях нервной системы (спазм и др.). Иногда к дизурии относят болезненные и учащённые мочеиспускания. Дисбактериоз (от дис... и бактерии) - качественное изменение бактериальной микрофлоры организма, главным образом его кишечника. Термин ввёл немецкий учёный А. Нисле (1916). Дисбактериоз возникает под влиянием питания, конкурирующих бактерий, фагов, антибиотиков и др. антибактериальных веществ. Дистония вегетососудистая - это нарушение в работе вегетативной нервной системы, главного регулятора внутреннего равновесия в организме. Диуретики, мочегонные средства – лекарственные средства, усиливающие выделение мочи почками и тем самым способствующие выведению воды и избытка хлорида натрия из организма. ЖКТ – желудочно кишечный тракт. Иммунодефицитные заболевания – заболевания, связанные с понижением иммунного статуса. Интерстиций почечный - состоит из фибробластов I и II типов и внеклеточного матрикса, основу которого составляют глюкозоаминогликаны. Он составляет около 10% общего объема коркового и 30 - 40% мозгового слоя паренхимы, гистологически изучен относительно недавно. Интерстициальные нефропатии - характеризуются отеком интерстиция и значительной клеточной инфильтрацией. Использование моноклональных антител позволяет теперь фенотипически идентифицировать эти клетки. Большинство составляют Т-лимфоциты и моноциты/макрофаги; значительное количество эозинофилов свидетельствует об иммуноаллергической природе поражения и наблюдается при медикаментозных интерстициальных нефропатиях. Хронические интерстициальные нефропатии характеризуются преобладанием фиброза и малым числом клеток. Ишемическая болезнь сердца - хронический патологический процесс, обусловленный недостаточностью кровоснабжения миокарда; в подавляющем большинстве (97-98%) случаев является следствием атеросклероза коронарных артерий сердца. Основные клинические формы - стенокардия, инфаркт миокарда и кардиосклероз; две первых - острые, а кардиосклероз - хроническая формы болезни. 114 Кальмодулин – один из наиболее изученных кальций связывающих белков, широко распространен, встречается в клетках животных, растений и грибов. Этот белок способен регулировать большое число (более 30 описанных в настоящее время) различных процессов, происходящих в клетке. Кома (от греч. koma - глубокий сон, дремота), коматозное состояние - угрожающее жизни состояние, характеризующееся потерей сознания, резким ослаблением или отсутствием реакции на внешние раздражения, угасанием рефлексов до полного их исчезновения, нарушением глубины и частоты дыхания, изменением сосудистого тонуса, учащением или замедлением пульса, нарушением температурной регуляции. комплексообразование Конформация (от лат. conformatio - форма, построение, расположение) молекул - геометрические формы, которые могут принимать молекулы органических соединений при вращении атомов или групп атомов (заместителей) вокруг простых связей при сохранении неизменными порядка химической связи атомов (химического строения), длины связей и валентных углов. На рисунке показаны плоские конформации молекул пентана: а - зигзагообразная; б клешневидная; в - нерегулярная. Коронарная недостаточность, недостаточность коронарного кровообращения, коронарная болезнь сердца, ишемическая болезнь сердца (ИБС) - заболевание, при котором величина кровотока через коронарные артерии, питающие сердце, не обеспечивает его потребность в кислороде. В основе болезни чаще всего лежат атеросклероз коронарных артерий, их спазм, тромбоз. Она 115 проявляется в форме стенокардии, инфаркта миокарда, кардиосклероза, аритмий сердца. Кофакторы [от лат. co (cum) - вместе и factor - делающий] в биохимии - вещества, необходимые для каталитического действия того или иного фермента. Кофакторы - непременный компонент большинства ферментных систем. Различают следующие кофакторы: простетические группы, прочно связанные с белковым носителем апоферментом; коферменты, сравнительно легко отделимые от апофермента; ионы металлов (металлокоферменты). Чёткой границы между терминами «кофактор», «кофермент» и «простетическая группа» нет. Крапивница, уртикария (от лат. urtica - крапива) - аллергическая реакция организма, характеризующаяся внезапным и быстрым появлением на коже (иногда и слизистой гортани) волдырей, сопровождающихся сильным зудом. Крапивница нередко обусловлена ожогом крапивой и некоторыми др. растениями, укусами насекомых, действием температурных, химических и др. агентов. К факторам, вызывающим крапивницу, относятся глистная инвазия, хронические запоры, болезни печени, почек, извращённая чувствительность к некоторым пищевым продуктам (земляника, клубника, цитрусовые, яйца, грибы, консервы, некоторые сорта рыб, свинина, шоколад и др.). Иногда она может быть вызвана повышенной чувствительностью организма к некоторым лечащим препаратам (особенно химического происхождения). Ксероформ - лекарственный препарат, трибромфенолят висмута основной с окисью висмута, оказывающий вяжущее, подсушивающее и антисептическое действие. Применяют наружно в порошках, присыпках и мазях для лечения язв, воспалений слизистых оболочек, опрелостей и т. п. Входит в состав мази Вишневского. Ксенобиотики (от греч. xénos – чужой и bios – жизнь) – чужеродные для организма соединения. Ларингит (от греч. lárynx - гортань) - воспаление слизистой оболочки гортани. Различают острую и хроническую формы. Острый ларингит чаще обусловлен инфекцией и возникает при гриппе, острых респираторных заболеваниях и др.; может быть также симптомом таких инфекционных заболеваний, как корь, скарлатина. Его развитию способствуют переохлаждение организма (общее или местное), вдыхание газов, погрешности в диете. Проявляется ощущением сухости, першения в горле, затем присоединяется сухой кашель. 116 Лиганды (от лат. ligo - привязываю) - в комплексных соединениях молекулы или ионы, непосредственно связанные с центральным атомомлипотропный эффект. Медиаторы, трансмиттеры (биол.) - вещества, осуществляющие перенос возбуждения с нервного окончания на рабочий орган и с одной нервной клетки на другую. Меланоз (греч. melánosis - почернение, от meláno - чернею), меланопатия - усиленное образование и повышенное отложение в органах и тканях тёмно-коричневого или чёрного пигмента из группы меланинов, содержащегося в норме в коже, сетчатке глаза, мозговых оболочках. Меланины (от греч. mélas, родительный падеж mélanos чёрный) - коричневые и чёрные (эумеланины) или жёлтые (феомеланины) высокомолекулярные водонерастворимые пигменты. Широко распространены в растительных и животных организмах; определяют окраску покровов и их производных (волос, перьев, чешуи) у позвоночных, кутикулы у насекомых, кожуры некоторых плодов и т.д. Меноррагия [от греч. men - месяц и rhegnymi - прорываю (сь)] обильные и длительные менструации, при которых периодичность менструального цикла сохранена, но количество крови, теряемой во время каждой менструации, повышено. Металлопротеины, металлопротеиды, металлоферменты – комплексы белков с тяжелыми металлами и выполняющие в организме специфическую функцию. Микроцитоз (microcytosis) - наличие аномально маленьких по размеру эритроцитов (микроцитов (microcytes)) в крови. Микроцитоз является характерным признаком некоторых анемий (микроцитарных анемий), в том числе железодефицитных анемий; ряда гемоглобинопатий; анемий, возникающих при различных хронических инфекционных заболеваниях и т.д. Мукоцилиарный клиренс - процесс физиологического очищения дыхательных путей. У здоровых детей мукоцилиарный клиренс является основным механизмом очищения трахеобронхиального дерева. Неврозы (от греч. néuron - нерв) - группа заболеваний, обусловленных психотравмирующими воздействиями; характеризуются функциональными, как правило, обратимыми, нервно-психическими расстройствами, при которых больной сохраняет критическое отношение к болезни и способность управлять своим поведением. 117 Нефрит (греч. nephrítis, от nephrós - почка), гломерулонефрит (от новолат. Glomerulus - клубочек) - основное заболевание почек; описано Р. Брайтом в 1-й половине 19 в. В патогенезе нефрита решающее значение имеют иммунные нарушения - неадекватное образование антител и иммунных лимфоцитов в ответ на стрептококковую и др. инфекции или на воздействие денатурированных собственных тканей организма. Нефрология (от греч. nephrós - почка и ...логия) - раздел внутренней медицины , изучающий заболевания почек (их этиологию, патогенез, клинику, лечение и профилактику): нефрит (гломерулонефрит), нефротический синдром, амилоидоз, нефропатию беременных, пиелонефрит, поражения почек при системных сосудистых (геморрагический васкулит), обменных (сахарный диабет, подагра), общеинфекционных заболеваниях, острой сосудистой недостаточности (травматический, кардиогенный, бактериемический шок, непереносимость лекарств, сывороток, вакцин) и др. Нефропатии токсические - поражение почек, вызванное токсическими факторами (физическими и химическими). Часто характеризуется одновременным токсическим поражением других органов и систем (печень, центральная и периферическая нервная система, желудочно-кишечный тракт, кровь и т. д.). Нефропатии тубулоинтерстициальные (канальцевомежуточные) - неоднородная группа заболеваний различной этиологии с преимущественным вовлечением в процесс канальцев и интерстициальной ткани почек и лишь вторичным поражением клубочков. В эту группу включают как воспалительные и иммуновоспалительные поражения почек, так и метаболические и токсические поражения без ведущего воспалительного компонента. Никтурия – наиболее обильное и частое выделение мочи ночью, следствие нарушения функций сердечно-сосудистой, почечной и центральной нервной системы. НРБ – нормы радиационной безопасности. Остеодистрофия (от остео... и дистрофия) - группа заболеваний костной ткани, характеризующихся перестройкой или деформацией различных отделов скелета вследствие нарушения обменных процессов. Крайняя степень остеодистрофии - спонтанное рассасывание кости. Различают паратиреоидную, деформирующую, фиброзную местную, токсическую и связанную с заболеваниями внутренних органов остеодистрофии. Остеодистрофия гиперпаратиреоидная фиброзная возникает в результате увеличения секреции паратгормона паращитовидными 118 железами. Этот гормон усиливает выделение фосфора с мочой, что приводит и к потере кальция, мобилизации его из костей с гиперкальциемией и некоторым усилием выделения кальция с мочой и отложением в тканях. Остеопороз (от остео... и греч. рóros - отверстие, пора) разрежение губчатого и кортикального слоев кости вследствие частичного рассасывания костного вещества. О. не самостоятельное заболевание, а следствие нарушений местного или общего обмена веществ. Остеофиброз - разрастание фиброзной ткани в костногиозговых полостях Пародонтоз (от пара... и греч. odús, родительный падеж odóntos зуб), альвеолярная пиорея - системное поражение околозубной ткани пародонта, которое проявляется прогрессирующей атрофией альвеолярных отростков (зубных ячеек). Пародонтоз и др. заболевания пародонта широко распространены. Причины болезни точно не установлены. Парез (от греч. páresis - ослабление) - ослабление произвольных движений; полную их утрату обозначают термином «паралич». Парентеральный (от гр. рara – мимо, около и enteron – кишка) – способ введения лекарственных и других веществ, минуя пищеварительный тракт, т.е., внутривенно, внутримышечно, подкожно и т.д. Пиодермии (piodermia; синонимы: гнойничковые болезни кожи, пиодермит, пиодерматоз, пиоз) – группа заболеваний кожи, вызываемых гноеродными микроорганизмами, главным образом стафилококками, стрептококками, реже – иными (псевдомонозная инфекция и др.). Пиротерапия (от греч. pýr - огонь, жар и терапия) - совокупность лечебных методов, в основе которых лежит искусственное повышение температуры тела больных - так называемая искусственная лихорадка. Лихорадку вызывают введением в организм чужеродного белка, возбудителей некоторых заболеваний (малярии), химических веществ (например, пирогенала, взвеси серы в масле) и др. способами. Пиротерапия активизирует кровообращение, обмен веществ, иммунобиологические (защитные) реакции организма. Полиурия (от поли... и греч. úron - моча) - увеличенное образование мочи (у взрослых свыше 1800-2000 мл за сутки). 119 Порфин - структура из четырёх колец пиррола Резорбция (от лат. resorbeo - поглощаю) - в физиологии повторное поглощение; то же, что всасывание; в патологии и патологической физиологии рассасывание (например, при лейкозах резорбция кости идёт очень интенсивно, сопровождаясь истончением и полным рассасыванием костных балок). Ретикулоцитоз (reticulocytosis) - увеличение числа незрелых эритроцитов (ретикулоцитов) в циркулирующей крови. Это состояние свидетельствует о повышенном образовании новых красных клеток крови в костном мозге. Себорея (seborrhoea, от лат. sebum - сало и греч. rhéo - теку) заболевание кожи, характеризующееся нарушением секреторной функции сальных желёз. Сидероз, пневмокониоз – хроническое профессиональное заболевание легких, обусловленное действием пыли оксида железа. Стеатоз печени – это описательный термин, означающий накопление капель жира, жировых включений в гепатоцитах. Стеатоз может быть очаговым или диффузным. Тахикардия (от греч. tachýs - быстрый и kardía - сердце) увеличение частоты сердечных сокращений. В одних случаях субъективно не ощущается, в других - сопровождается сердцебиением. Тератогенное действие – действие, связанное с появлением уродств. Тетраэтилсвинец, ТЭС, (C2H5)4Pb - бесцветная, маслянистая, летучая жидкость; имеет плотность 1,65 г/см3, кипит при температуре 195 °С с разложением. Получают при взаимодействии хлористого 120 этила C2H5Cl и сплава свинца с натрием PbNa (около 10% Na). Тетраэтилсвинец широко применяется в составе этиловой жидкости как антидетонатор моторных топлив в карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Ядовит. Тиоловые группы, сульфгидрильные группы - SH-группы органических соединений. Обладают высокой и разнообразной реакционной способностью: легко окисляются с образованием дисульфидов, сульфеновых, сульфиновых или сульфокислот; легко вступают в реакции алкилирования, ацилирования, тиолдисульфидного обмена, образуют меркаптиды (при реакции с ионами тяжёлых металлов), меркаптали, меркаптолы (при реакции с альдегидами и кетонами). Играют важную роль в биохимических процессах. Токсикант - вещество или соединение, способное оказать ядовитое действие на живые организмы. Тремор (лат. tremor - дрожание) непроизвольные колебательные движения всего тела или отдельных его частей. Характеризуются ритмичностью, стереотипностью и обычно малым размахом; чаще охватывают пальцы рук, веки, язык, нижнюю челюсть, голову. У здоровых людей тремор может возникать вследствие мышечного напряжения, эмоционального возбуждения, действия холода. Фарингит (от греч. pharynx, родительный падеж pharyngos – глотка) - острое или хроническое воспаление слизистой оболочки глотки. У человека основную роль в возникновении острого фарингита играют микробы (стрепто-, стафило-, пневмококки) и вирусы (гриппа, аденовирусы); нередко воспалительный процесс распространяется на глотку из полости носа и его придаточных пазух Унитиол, 2,3- Димеркаптопропансульфонат натрия – белый мелкокристаллический порошок с легким запахом меркаптана. Применяют для лечения острых и хронических отравлений мышьяком, металлами, относящимися к группе тиоловых ядов, то есть веществами, способными вступать в соединения с тиоловыми группами ферментов и инактивировать их. Цитохромы сложные железосодержащие белки, простетическая (небелковая) группа которых представлена гемом. ЦНС – центральная нервная система. Экзантема (греч. еxantheo: «я цвету») - внезапное одновременное появление идентичных изменений кожи при генерализированном распределении. Этиология многообразна, при этом вирусы (2/3 случаев) и бактерии играют особую роль. 121 Медикаменты и аутоиммунные заболевания редко бывают причиной экзантем в детском возрасте. В то время, как многие экзематозные заболевания (прежде всего классические детские заболевания) являются формами проявления инфекций вызванных определенными возбудителями, то для других клинически различимых картин заболеваний как, например, Gianotti-Crosti-Syndrom возбудителями являются вирусы совершенно различных групп. Этиология других экзематозных заболеваний, как, например, экзантема новорожденного, синдром Кавасаки и впервые описанной в 1992 году унилатеральной латероторакальной экзантемы, до сих пор не выяснена. Экзофтальм (от греч. exóphthalmos - пучеглазый) - выпячивание глазного яблока. Самая частая причина - зоб диффузный токсический. Экзофтальм может быть обусловлен также опухолевыми процессами в глазнице и соседних областях, травмами глазницы, тромбозом глазничных вен, а также воспалительными заболеваниями. При значительной выраженности он может сопровождаться ограничением подвижности глазного яблока и нарушением зрения. Эксикоз – обезвоживание. Энтеробиоз - глистное заболевание, вызываемое острицами. Энурез – ночное недержание мочи. Встречается в дошкольном и школьном возрасте (чаще у мальчиков). Различают функциональную форму энуреза, обусловленную воздействием психогенных факторов, дефектов воспитания, перенесенных инфекционных заболеваний, а также возникающую рефлекторно при заболеваниях мочеполовой системы, и органическую (изменение спинного мозга при дефектах развития). Эритема – ограниченное или разлитое покраснение кожи при воздействии различных факторов (механическое, химическое, инфекционное и др.). 122 Содержание 1 Химические элементы. Жизнь и здоровье ...................................... 4 1.1 Питание - основа здоровья ............................................................... 9 1.2 Химические элементы и здоровье ................................................. 12 1.3 Металлы и жизнь ............................................................................. 15 1.4 Природные и промышленные канцерогены ................................. 25 2 Химические вещества и организм ................................................. 26 2.1 Водород ............................................................................................ 26 2.2 Первая группа периодической системы. Главная подгруппа ..... 28 2.2.1 Литий ................................................................................................ 28 2.2.2 Натрий .............................................................................................. 29 2.3.3 Калий ................................................................................................ 31 2.2.4 Рубидий ............................................................................................ 32 2.2..5 Цезий ................................................................................................ 32 2.2.6 Франций ........................................................................................... 33 2.3 Вторая группа периодической системы. Главная подгруппа ..... 33 2.3.1 Бериллий .......................................................................................... 33 2.3.2 Магний.............................................................................................. 33 2.3.3 Кальций ............................................................................................ 35 2.3.4 Стронций .......................................................................................... 37 2.3.4 Барий................................................................................................. 37 2.3.5 Радий................................................................................................. 39 2.4 Третья группа периодической системы. Главная подгруппа ..... 40 2.4.1 Бор ..................................................................................................... 40 2.4.2 Алюминий ........................................................................................ 40 2.4.3 Галлий............................................................................................... 41 2.4.4 Индий................................................................................................ 41 2.4.5 Таллий .............................................................................................. 42 2.5 Четвертая группа периодической системы. Главная подгруппа 43 2.5.1 Углерод............................................................................................. 43 2.5.2 Кремний............................................................................................ 44 2.5.3 Германий .......................................................................................... 45 2.5.4 Олово ................................................................................................ 47 2.5.5 Свинец .............................................................................................. 48 2.6 Пятая группа периодической системы. Главная подгруппа ....... 55 2.6.1 Азот .................................................................................................. 55 2.6.2 Фосфор ............................................................................................ 61 2.6.3 Мышьяк ........................................................................................... 63 2.6.4 Сурьма ............................................................................................. 65 2.6.5 Висмут ............................................................................................. 65 123 Шестая группа периодической системы. Главная подгруппа .... 66 Кислород .......................................................................................... 66 Сера .................................................................................................. 67 Селен................................................................................................ 68 Теллур .............................................................................................. 71 Полоний........................................................................................... 71 Седьмая группа периодической системы. Главная подгруппа . 72 Фтор ................................................................................................. 72 Хлор ................................................................................................. 73 Бром ................................................................................................. 74 Йод ................................................................................................... 75 Астат ................................................................................................ 77 Восьмая группа периодической системы. Главная подгруппа . 77 Первая группа периодической системы. Побочная подгруппа (меди) ............................................................................ 78 2.10.1 Медь ................................................................................................. 78 2.10.2 Серебро ............................................................................................ 80 2.10.3 Золото .............................................................................................. 80 2.11 Вторая группа периодической системы. Побочная подгруппа (цинка) .......................................................................... 80 2.11.1 Цинк ................................................................................................. 80 2.11.2 Кадмий............................................................................................. 81 2.11.3 Ртуть ................................................................................................ 83 2.12 Третья группа периодической системы. Побочная подгруппа 88 2.12.1 Скандий ........................................................................................... 88 2.12.2 Иттрий ............................................................................................. 88 2.12.3 Лантаноиды ..................................................................................... 88 2.12.4 Актиноиды ...................................................................................... 89 2.13 Четвертая группа периодической системы. Побочная подгруппа .................................................................... 90 2.13.1 Титан ................................................................................................ 90 2.13.2 Цирконий......................................................................................... 91 2.13.3 Гафний ............................................................................................. 92 2.14 Пятая группа периодической системы. Побочная подгруппа .. 93 2.14.1 Ванадий ........................................................................................... 93 2.14.2 Ниобий............................................................................................ 93 2.14.3 Тантал .............................................................................................. 93 2.15 Шестая группа периодической системы. Побочная подгруппа ..................................................................... 94 2.15.1 Хром................................................................................................ 94 2.15.2 Молибден ........................................................................................ 95 2.7 2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4 2.7.5 2.8 2.8.1 2.8.2 2.8.3 2.8.4 2.8.5 2.9 2.10 124 Вольфрам .................................................................................... 96 Седьмая группа периодической системы. Побочная подгруппа .................................................................. 96 2.16.1 Марганец ..................................................................................... 96 2.16.2 Технеций ................................................................................... 101 2.16.3 Рений ......................................................................................... 101 2.17 Восьмая группа периодической системы. Побочная подгруппа ................................................................ 102 2.17.1 Железо ....................................................................................... 102 2.17.2 Кобальт ...................................................................................... 104 2.17.3 Никель ....................................................................................... 104 2.17.3 Платиновая подгруппа ............................................................. 105 2.17.3.1 Платина ..................................................................................... 105 Заключение ............................................................................... 106 Литература ……………………………………………… 108 Приложение ………………………………………………..109 2.15.3 2.16 125