Металлы в организме человека

Введение

 Металлы известны нам с детства. Они  окружают  нас повсюду: на кухне в виде посуды, в гараже в виде инструментов, на полях в виде техники. Не смотря на такое близкое соседство, о металлах я  многое не знала.  Поэтому при изучении данной темы в курсе химии, она вызвала у меня большой интерес. Оказывается из 114 химических элементов 92 – металлы.

 Простые вещества, образованные химическими элементами – металлами, и сложные металлосодержащие вещества играют важнейшую роль в минеральной и органической «жизни» Земли. Достаточно сказать, что атомы (ионы) элементов металлов являются составной частью соединений, определяющих обмен веществ в организме человека, животных, растений. Например, в крови человека найдено 76 элементов и из них лишь 14  не являются металлами.

Металлы способны вступать по взаимодействию с белками организма и образовывать с ними металлорганические соединения. Ионы металлов – непременные участники биохимических процессов: они стимулируют, нормализуют обмен веществ в организме, оказывают положительное действие на рост и размножение, на иммунобиологическую активность организма и продолжительность жизни; участвуют в кроветворении, в установлении определённой концентрации их в клетках, в окислительно-восстановительных процессах; стабилизируют и активируют ферменты. Ионы металлов регулируют работу биологических катализаторов, которые не содержат прочно связанного металла.

При обсуждении причин, обусловливающих токсичность металлов, и в первую очередь тяжёлых, что она тесно связана с их физико-химическими свойствами (электронной конфигурацией, электроотрицательностью, энергией ионизации и т. п.), а также со строением иона металла, с функциональной и структурной организацией биологического объекта.

При установлении вредного воздействия загрязняющего вещества на организм необходимо учитывать три фактора:

1) токсичность вещества зависит от его состояния (нерастворимые в воде соединения практически не подвергаются превращениям в организме);

2) в природных условиях относительно безвредное вещество может перейти в высокотоксичное соединение;

3) в природной среде токсичное вещество может постепенно накапливаться в цепи питания, его концентрация в высших звеньях этой цепи может в тысячи раз превышать концентрацию данного вещества в окружающей среде в целом.

 Установлено, что между концентрацией элемента в организме и его биологической функцией прямой и простой связи нет. Так железо и кобальт, содержащиеся в организме в очень малых количествах, жизненно необходимы, и падение их концентрации ниже допустимого уровня ведёт к тяжелейшим расстройствам. Это объясняется тем, что многие металлы выполняют главным образом функции катализаторов.

 В процессе эволюции организмы выработали систему защиты от повреждающего действия металлов как на уровне генома, так и на уровне тканевых регуляторных механизмов. Система защиты представлена специфическими белками, вырабатываемыми организмом.  Белки обладают несколькими центрами связывания, что даёт возможность нейтрализовать одновременно большое количество поступающих в организм металлов.

 Органический мир построен главным образом из лёгких элементов. Поэтому только четыре металла: натрий, калий, магний, кальций содержатся в организмах в сравнительно больших количествах, т. е. являются макроэлементами.  Большинство же биологически активных металлов расположены в средней части первого большого периода и относятся к переходным элементам, которые содержатся в организме в очень малых количествах, т. е. являются микроэлементами. К таким металлам относятся хром, марганец, железо,  кобальт, медь, цинк, молибден и т. д.  Если вес человека 70 кг, то в его  организме содержится (в граммах): кальция – 1700, калия – 250, натрия – 70, магния – 42, железа – 5, цинка – 3. Все металлы чрезвычайно важны, проблемы со здоровьем возникают и при их недостатке, и при избытке.    К сожалению, в школьном курсе этот материал не рассматривается, а ведь очень важно быть здоровым.

 Я хочу кратко описать воздействие некоторых металлов на наш организм. Описание будет вестись по плану:

1)антропогенные источники поступления металлов в окружающую среду;

2)биологическая роль металлов;

 3)токсическое действие металлов

Натрий.

Антропогенные источники: сжигание угля, выбросы предприятий чёрной металлургии, промышленно-бытовые сточные воды, использование хлорида натрия в качестве средства против обледенения шоссейных дорог или для умягчения питьевой воды.

 Биологическая роль. Ионы натрия поддерживают у животных и человека нормальную возбудимость мышечных клеток, участвуют в сохранении кислотно-основного баланса в организме, в регуляции сердечной деятельности (успокаивают), удерживают воду в организме.

 Токсическое действие. Избыток ионов натрия в организме человека чаще всего обусловлен чрезмерным употреблением поваренной соли. Это приводит к нарушению водного обмена, сгущению крови, вызывает дисфункцию почек, некоторые сердечно-сосудистые заболевания, а также общее нарушение обмена веществ. Соединения натрия должны поступать в организм в составе натуральных продуктов Суточная доза потребления поваренной соли составляет 4 – 8 граммов.

Калий.

Антропогенные источники: выбросы металлургических предприятий, автомобильного транспорта; переработка калийно–магниевых руд, производство хлорида калия.

Биологическая роль. Калий не входит не в одно органическое соединение. Ионы калия регулируют белковый и углеводный обмен, влияют на процесс фотосинтеза и рост растений, активизируют работу многих ферментных систем, снижают вязкость цитоплазмы, являются участниками калий – натриевого насоса в клетке. Установлено, что открытие устьиц листьев на свету связано с накоплением ионов калия в замыкающих клетках.

1. Регулирует кислотно-щелочное равновесие крови.

2. Участвует в передаче нервных импульсов.

3. Активизирует работу ряда ферментов.

4.Обладает защитными свойствами против нежелательного действия избытка натрия и нормализует давление в крови. В организме людей, употребляющих в пищу много богатых калием овощей, - вегетарианцев- количество калия и натрия находится в равновесии. Эти  люди чаще всего имеют более низкие показатели кровяного давления, нежели их сограждане, увлекающиеся мясом.

5.Оказывает противосклеротическое действие.

6 Калий обладает способностью усиливать образование мочи.

Калий поступает в организм с пищей. Его ежедневное поступление 1400-7400 мг.

Лучший источник калия - растительная пища. Это - арбузы, дыни, апельсины, мандарины, бананы, сухофрукты. Богаты калием ягоды – брусника, земляника, черная и красная смородина. Много калия и в овощах (особенно в картофеле), бобовых, изделиях из муки грубого помола, рисе.

Калий играет важную роль в организме человека, участвуя в генерации биоэлектрических потенциалов, поддерживании осмотического давления, в углеводном обмене, синтезе белков. Содержание калия в организме человека (масса тела 70 кг.) составляет 140 грамм. В отличие от натрия калий является внутриклеточном ионом, т. е. в наибольших количествах он находится в клетках.                              

Он – основной внутриклеточный катион, тогда как натрий находится во внеклеточной жидкости. Калий необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствует выделению избыточного натрия, тем самым, избавляя организм от лишней воды и устраняя отёки. Калий – противосклеротический  элемент, препараты на его основе применяют для профилактики нарушений деятельности сердечно – сосудистой системы.

Токсическое действие. При повышенных концентрациях калия в организме происходят разрушение коллоидного состояния сыворотки крови, усиление двигательной активности, учащение сердечного ритма, нарушение углеводного, жирового и белкового обменов и ионно–электролитного баланса, а также снижение иммунной активности. Так же при избытке калия в организме угнетены основные функции сердца: уменьшение возбудимости сердечной мышцы, урежение ритма  сердечных сокращений, ухудшение проводимости, ослабление силы сокращений сердца. В больших концентрациях ионы калия вызывают остановку сердца в диастоле (фаза сокращения желудочков сердца ). Токсическая доза калия составляет 6 грамм. Летальная доза – 14 г. Соли калия могут быть токсичны для организма за счёт аниона, связанного с ионом калия, это, например, цианид калия.

При недостатке калия в организме наблюдается мышечная слабость, вялость кишечника, нарушение сердечной деятельности. Может наступить внезапная смерть при увеличении нагрузок. Наблюдается плохая передача нервных импульсов. Снижают усвоения калия мочегонные средства (диуретики). При приготовлении пищи необходимо обращать внимание на то, что соединения калия водорастворимы. Это обстоятельство обязывает мыть продукты, его содержание, до их измельчения и готовить их в небольшом количестве воды.

Кальций.

Антропогенные источники: производство цемента, сточные воды бумажного, стекольного, химик- фармацевтического, кожевенного, лакокрасочного, пивоваренного производств, бытовые стоки прачечных; использование цементных и бетонированных ёмкостей, труб и хранилищ для питьевой воды. При хранении питьевой воды в цементированных хранилищах ухудшаются органолептические и физико–химические свойства воды, резко возрастает её жёсткость. Хлорат кальция используют в качестве дефолианта для предуборочного удаления листьев и хлопчатника. Гипохлорит кальция употребляют как отбеливатель и окислитель в текстильной и бумажной промышленности. Хлорит кальция применяют как средство против обледенения аэродромов и железнодорожных рельсов. Все эти соединения попадают в окружающую среду и, накапливаясь в больших концентрациях, могут нанести вред биологическим системам.

Биологическая роль. В живом веществе из элементов- металлов кальций – главный. Известны организмы, которые содержат больше 10% кальция          (известковые водоросли, моллюски, кораллы, иглокожие и др.). Ионы кальция необходимы для процессов кроветворения, обмена веществ, уменьшения проницаемости сосудов (они препятствуют проникновению микроорганизмов в кровь), для нормального роста костей (скелета, зубов). Кальций благотворно влияет на состояние нервной системы, оказывает противовоспалительное действие.

Если человек в своём рационе имеет достаточное количество кальция, ему не страшны резкие смены погоды, инфекции, эпидемии.

Обмен кальция в организме тесно связан с обменом магния, стронция и фосфора. С последним кальций «неразлучен» (фосфор, как и кальций, является составной частью костной ткани и тканей мозга). При нарушении фосфорно-кальциевого баланса организм берёт кальций из «костного запаса» - зубов, костей, крупных суставов или строит кости из стронция (Отсюда изменения в костях – «наросты»).

Часто говорят об обызвествлении кровеносных сосудов как о свидетельстве переизбытка кальция в организме. Это не так. Данный процесс происходит из-за связывания ионов кальция щавелевой кислотой в нерастворимый оксалат кальция. Следует помнить, что любая вареная пища ведёт к отложению солей щавелевой кислоты, разрушить которые способна лишь «живая» щавелевая кислота, вырабатываемая организмом человека из сырых продуктов: овощей, фруктов, орехов, семян, ягод, кисломолочных продуктов.

Потребность в кальции.

В среднем взрослый человек должен потреблять в сутки примерно 1 грамм кальция, хотя для постоянного возобновление структуры тканей требуется 0,5 г. Это связано с тем, что ионы Са²⁺ усваиваются в  кишечнике (всасываются) лишь на 50%, т. к.  образуются плохо растворимые фосфаты и соли жирных кислот. Для растущего организма. Беременных  и кормящих женщин необходимо примерно 1.4-2 г в сутки.

В пищевой рацион необходимо вводить достаточное количество продуктов, содержащих кальций и фосфор, в этом случае можно не     бояться переломов костей, заболевания суставов, кожи, костей и нервной системы.

Токсическое действие. Поскольку кальций является важнейшим биоэлементом, его вредное действие возможно лишь при поступлении его в организм в очень больших дозах, что сопровождается увеличением содержания кальция в крови, усилением  кальцификации и ослаблением регенерации тканей. При этом увеличивается выведение кальция с мочой, что ведёт к заболеванию циститом.

Ели кальций попадает в организм в виде цементной пыли, то страдают органы дыхания. У детей к тому же снижается возбудимость центральной нервной системы и обонятельного анализатора.

Реакция организма на избыток кальция.

·             Избыточное поступление кальция в клетки соединительной ткани частично обезвоживает их, в результате чего клетки увядают, снижается их физиологическая активность.

·             Нервная система становится более возбудимой.

·             Развивается мочекаменная болезнь. Образование почечных камней связано с образованием нерастворимых солей кальция и магния: оксалатов, уратов (солей мочевой кислоты) и др.

Снижение уровня кальция в организме

наблюдается при употреблении воды, содержащей небольшое количество кальция (т. е. является мягкой). Такая вода легко всасывается тканями   и хорошо промывает организм от избытков кальция. Идеальной в этом плане является дистиллированная вода. Она выводит избыток кальция в организме. Но ее надо употреблять не более двух месяцев, так как могут вывестись и необходимые вещества.

Реакция организма на недостаток кальция.

Понижение концентрации кальция в организме приводит к понижению возбудимости нервной системы, следствием чего является появление судорог. Обмен кальция характеризуется тем, что при его недостаточном поступлении с пищей он всё равно продолжает выделять из организма в прежних количествах за счёт его запасов. Если отрицательный баланс кальция сохраняется долго, то могут возникнуть явления кальциевой недостаточности, такие, как заболевание остеопороз (при котором происходит истончение костной ткани, грозящее переломами). Наиболее уязвимы и подвержены травмам позвоночник, шейка бедра и запястье. С лечебной целью назначают препараты (соли) кальция: глюконат, лактат, йодид, карбонат, хлорид. Их не рекомендуют запивать молоком. Необходимо также исключить из диеты продукты, содержащие щавелевую и уксусную кислоты. Задержки кальция в организме способствует растительная пища. При нарушении фрсфорно-кальциевого баланса организм берёт кальций из « запасного фонда» организма – зубов, костей, крупных суставов – или же строит кости из стронция, что приводит к изменениям в костях: образуются наросты. Процессы обновления кальция в организме у детей происходят через 1-2 года, у взрослых – через 10-12 лет, у пожилых людей обновление кальция протекает ещё медленнее. Остеопороз, по данным Всемирной организации здравоохранения, занимает 4 место среди других заболеваний, распространённых на Земле, уступая только болезням сердечно-сосудистой системы, онкологическим и эндокринным. Остеопороз возникает в результате медленной и незаметной потере кальция, при этом происходит уменьшение объёма и прочности костей. Эта коварная болезнь развивается постепенно, заявить о себе она может болями, сильной утомляемостью, избыточным зубным налётом, пародонтозом, хрупкостью и размягчением ногтей, преждевременным поседением, ночными судорогами ног. В большей степени остеопорозом подвержены женщины со светлой коже, курящие женщины, любительницы алкоголя и кофе. Остеопороз угрожает женщинам, у которых было более трёх беременностей и родов, а также тем, кто долго кормил детей грудью, и тем, кто пренебрегал физическими упражнениями. Шансов «приобрести» остеопороз больше у худощавых женщин, чем у полных т. к. жировые клетки последних превращают гормон, вырабатываемый надпочечниками, в женские половые гормоны- эстрогены. А чем больше в организме эстрогенов, тем меньше  ему грозит остеопороз.

Чтобы кости оставались твёрдыми, между ними и кровью должен происходить сбалансированный обмен кальцием, способствующий постоянному самообновлению костной ткани. Именно этот непрерывный процесс самовосстановления костей и поддерживают эстрогены и другие гормоны. Они как бы заставляют кальций оставаться в костях, не давая ему уходить обратно в кровь. Поскольку уровень эстрогенов в женском организме с возрастом  уменьшается, кости теряют способность удерживать кальций. Они становятся тоньше и легче до такой степени, что делаются похожими на губку. Концентрация кальция в крови находится под контролем гормона паращитовидных желёз- парагормона. Падение содержания кальция в крови приводит к усилению секреции паращитовидных желёз, что способствует выделению в кровь кальция из костей. Этот гормон обусловливает всасывание кальция в кишечнике, высвобождение его из костей и обратное всасывание из первичной мочи в почечных канальцах. Удаление или поражение паращитовидных желёз ведет к спазмам мышц и судорогам. Объясняется это снижением концентрации кальция в крови. Существует зависимость между уровнем кальция и холестерина в крови. Кровь с низким содержанием кальция обладает фибринолитической активностью, т. е. способностью предотвращать развитие тромбов.   

Магний.

Магний и здоровье человека. Большая часть магния находится в составе  костной и мышечной тканей. В основном магний  содержится внутри самих клеток, где  он наряду с калием является вторым по значению элементом. Только 1% магния находится в крови. Потребность в магнии может быть различной у разных людей.

У детей потребность в магнии зависит от возраста: до 3 лет – 140 мг, от 4 до 6 лет – 220 мг, от 7 до 10 лет – 300 мг, от 11 до 13 лет – 400 мг магния.

Для взрослого человека в среднем достаточным  считается прием 300-350 мг магния в день.

Для беременных женщин суточная потребность в магнии выше 400-500 мг, поскольку этот период связан с его усиленным выделением из организма. Магний особенно необходим и в связи с тем, что он предупреждает  появление спазмов мышц и сосудов.

Потребность в магнии возрастает у кормящих матерей, при сильном потоотделении и значительных потерях организмом воды (жара, занятия спортом, понос, рвота), при неумеренном употреблении алкоголя

Необходимо учитывать соотношение магния в организме с кальцием как 0,5:1.

  Источники поступления магния в организм человека.

Поступает в организм магний с пищей. Богаты им хлебобулочные изделия из муки грубого помола, крупы, бобовые, орехи, овощи, цветная капуста, абрикосы. В молочных продуктах магния относительно мало, но в них он находится в легко усвояемой форме в виде цитрата магния.

Биологическая роль магния

·  Участвует в формировании скелета, но не играет такой большой роли, как кальций, т. к. фосфаты и карбонаты магния лучше растворимы, чем аналогичные соединения кальция.

·  Является катализатором ферментативных процессов (радиус иона магния меньше, чем иона кальция).

·  Участвует в работе нервных клеток.

·  Влияет на обмен углеводов и энергетический обмен.

·  Оказывает антисептическое и сосудорасширяющее действие.

·  Усиливает процессы торможения в коре головного мозга, успокаивающе действует на нервную систему.

·  Оказывает благоприятное действие на пищеварительную систему; стимулирует выделение желчи, способствует сокращению желчного пузыря, усиливает активность желудка и кишечника, очищает слизистую желудка.

·  Восстанавливает седые волосы.

Реакция организма на  недостаток магния.

У людей, страдающих от недостатка магния, наблюдается ничем не объяснимое чувство внутреннего беспокойства, стресс, нарушение сердечного ритма,  мышечное подергивание, судороги мышц (в особенности ночные судороги икроножных мышц), покалывание в кончиках пальцев. Возможны головокружение, шум в голове и ушах, постоянное чувство усталости. При длительном недостатке магния в стенках крупных кровеносных сосудов, сердечной и скелетной мышцах происходит отложение солей кальция. Для преодоления негативных последствий низкого содержания магния назначают препараты магния,  но следует учитывать то, что большие дозировки и длительный прием могут привести к возникновению устойчивой зависимости от них. Снижение усвоения магния происходит  при употреблении  алкоголя в большом количестве, а также в том случае, если в пище присутствует фитин и балластные вещества. При приготовлении пищи возможны потери магния, т. к. многие его соединения растворимы в воде.

Реакция организма на избыток магния.

Происходит ухудшение усвоения кальция, т. к. магний является его антагонистом.

Медь.

Антропогенные источники: промышленные выбросы, отходы, стоки предприятий цветной металлургии, выхлопные газы автотранспорта, медьсодержащие удобрения и пестициды, сжигание топлива.

Биоиндикаторами на соединения меди при загрязнении ими  среды могут служить птицы (изменение перового баланса), сине-зеленые водоросли, моллюски, щетинковые черви (изменение внешнего вида или гибель).

Биологическая роль меди исключительна: она входит в состав пигмента крови низших животных и высших животных, участвует в процессах кроветворения и ферментативных реакциях в составе медьсодержащих энзимов. Содержание меди в организме  -72 мг. Ежедневный приём с пищей составляет 0,50- 6мг, из которых усваивается  около 30%. Попав в организм, соединение меди поступает в печень, которая является главным складом этого микроэлемента. Медь концентрируется также в мозге , сердце и почках, мышечной и костной тканях.

Многие растения и животные концентрируют медь, и лечебное действие при их использовании связано в большей мере с этим элементом. Наиболее богаты медью шампиньоны, картофель, печень ( особенно палтуса и трески), почки, яичный желток, а также устрицы и каракатицы.В молоке и молочных продуктах её очень мало, поэтому длительный молочный рацион может привести к недостаточности меди в организме.

В организме человека медь, как и железо, играет важную в поддержании нормального состава крови. Присутствие меди необходимо для активации железа, накопленного в печени, в противном случае оно сможет участвовать в образовании гемоглобина. Концентрация меди в окружающей среде, в частности в почве, может быть лимитирующим фактором развития многих организмов. Как недостаток, так и избыток меди в организме вызывают заболевания у животных и растений. Например, известен факт заболевания домашнего скота анемией из-за недостатка в почве пастбищ соединений меди. Эта же причина вызывает в растениях задержку образования хлорофилла (хлороз), снижает содержание в них витаминов.

Токсическое действие. Медь относят к группе высокотоксичных металлов. Ионы меди, при избытке их в организме, способны блокировать SH-группы белков, в особенности ферментов, чем нарушают их каталитическую функцию. Соли меди повышают проницаемость мембран митохондрий, разрушают эритроциты; вызывают расстройства нервной системы, печени и почек, снижение иммунобиологической реактивности, поражение зубов и слизистой рта, гастриты, язвенную болезнь желудка.

Соединения меди весьма токсичны для всех представителей флоры и фауны. В воде природных водоёмов их токсическое действие проявляется по-разному. В жёсткой воде оно выражено слабее, чем в мягкой, поскольку часть ионов меди связывается в ней в виде карбонатов и остаётся недоступной для гидробионтов.

В почве соединения меди угнетают активность нитрифицирующих бактерий, задерживая минерализацию азота, и тем самым снижают урожай сельскохозяйственных культур; вызывают хлороз у растений, а также гибель земляных червей (в этом случае почва теряет структуру, нарушается её водопроницаемость и ухудшается вводно-воздушный режим).

Лечебное применение меди и её препаратов. 

В старину медью лечили глистные заболевания, эпилепсию, хорею, малокровие, менингит. Медь способна убивать микробов; например, работники медных заводов никогда не болели холерой. Кузнецы, опоясанные медной проволокой, никогда не страдали радикулитами. При радикулите красные медные пятаки укрепляют пластырем на крестце или кладут на поясницу и надевают пояс из собачей шерсти. Для этих же целей можно использовать медный канатик или антенную проволоку, которую обматывают вокруг себя. Для лечения болей в суставах, отложения солей используют старинное средство в виде медного кольца, которое носят на пальце несколько месяцев, боли при этом уменьшаются, а подвижность в суставах увеличиваются.

Очень эффективно  применение ванн с медным купоросом для лечения сахарного диабета. При нетяжёлых формах после такого лечения больные перестают нуждаться в инсулине,  а при тяжёлых формах доза инсулина снижается в 3-4раза. На ванну берут 1-2 столовые ложки медного купороса. Ванны применяют 1-2 раза в неделю по 15мин. Курс 10-15 ванн. Повторять можно 4-6 раз в год.

Особой популярностью пользуются медные браслеты. Но они эффективны, если содержание меди в них достигает 99%. Браслет на правой руке помогает излечить или успокоить головную боль, бессонницу, физическую и умственную усталость, сахарный диабет, импотенцию. На левой же руке ношение браслета рекомендуется при повышенном кровяном давлении, геморрое, сердечной недостаточности, тахикардии. Во всём мире оценили браслеты из чистой перуанской меди. Рекомендуется носить браслет два года, периодически его нужно чистить, так как его лечебные свойства снижаются из-за коррозии.

В старину существовал оригинальный и простой способ лечения лихорадки. Раскалённый екатерининский пятак из чистой меди бросали в сосуд с горячей водой и давали пить больному эту воду по одной столовой ложке три раза в день. Больным эпилепсией вкладывали в руки медные монеты, шарики и кольца.

Реакция организма на недостаток и избыток меди.

Недостаток меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, заболеванию костной системы, возникновению опухолевых заболеваний. Удаление меди из соединительной ткани вызывает заболевания « красная волчанка».

Избыток меди в различных тканях приводит к тяжёлым и часто необратимым заболеваниям. Накопление меди в печени и мозге ведёт к болезни Вильсона.

Серебро и здоровье человека.

У человека больше всего серебра находится в мозге, в пигментной оболочке глаза (радужке) и гипофизе- главном органе эндокринной системы. Серебро при введении его в организм концентрируется также в очагах воспаления, опухолях печени, почках, коже.

Лечебное применение серебра.

Серебро пользовалось особым уважением в средние века. Алхимики считали, что серебро входит в число семи металлов, которые они наделяли целительной силой. Алхимики употребляли сплавленное азотнокислое серебро (нитрат) под названием «адский камень». Серебро использовали для лечения эпилепсии, невралгии, холеры, гнойных ран. В водах священной индийской реки Ганга повышено содержание серебра. Высокие дезинфицирующие свойства серебра превосходят такие же свойства карболки, сулемы и хлорной извести. Специально приготовленное серебро применяется при головных болях, потери голоса у певцов, страхах, головокружении. «серебряная вода»- это взвесь мельчайших частиц серебра в воде. Она образуется при хранении воды в серебряных сосудах или при контакте воды с серебряными изделиями. Частицы серебра в такой воде обладают антисептическими свойствами, т. к. серебро способно блокировать ферментные системы микробов. «Святую воду» тоже «серебрят» с помощью церковной утвари (серебряные чаши, кресты). Она долго хранится и не портится « серебряную воду» можно приготовить самим, если у вас в доме есть серебряная ложка или другой серебряный предмет.   

Стронций.

Антропогенные источники: сточные воды металлургического, электротехнического, стекольного, керамического, сахарного производств; сырой остаток первичных отстойников станций биологической очистки крупных промышленных городов.

Биологическая роль. Этот элемент встречается во всех органах и тканях, оказывает влияние на процессы костеобразования, на активность ряда ферментов, входит в состав скелета высших и низших животных.

Токсическое действие. При избытке стронция в организме, прежде всего, поражаются костная ткань, печень и кровь. Наиболее характерное проявление токсического действия стронция – уродская болезнь (повышенная ломкость и деформация костей). Предполагают, что такое действие стронция связано с блокированием биосинтеза витамина D и избыточным отложением фосфора в костях. Соединения стронция могут действовать как нервный и мышечный яд.  

Барий.

Антропогенные источники: сточные воды химико – фармацевтического, нефтехимического, металлургического, мыловаренного, полиграфического, резинотехнического производств; канализационные стоки, пестициды, удобрения.

Биологическая роль. Сведений не имеется.

Токсическое действие. Водорастворимые соли бария ( подвижные формы) – хлорид, нитрат, карбонат, сульфид – очень ядовиты. Нерастворимые в воде соли (не-подвижные формы) – фосфат и сульфат – опасности не представляют ( безвредный сульфат бария применяют в медицине при рентгенографии желудка и кишечника (ионы бария хорошо поглощают рентгеновские лучи и дают возможность получить чёткое, контрастное изображение).

При хроническом отравлении солями бария поражаются костная ткань, костный мозг, печень. Барий не проникает в цитоплазму: его сортирует клеточная мембрана. Некоторые соединения бария угнетают клеточное дыхание подобно цианидам, повышают проницаемость сосудов, приводя к кровоизлияниям и отёкам; поражают центральную нервную систему, вызывая паралич. Барий вытесняет из костей кальций и фосфор, что ведёт к их хрупкости, обладает слабым мутагенным действием. 

Цинк.

Антропогенные источники: выброс в атмосферу при высокотемпературных технологических процессах на металлургических комбинатах; потери при добыче, транспортировке, обогащении, сортировке на горно-обогатительных фабриках; сжигание каменного угля, сточные воды химического деревообрабатывающего, текстильного, бумажного цементного производств; вымывание горячей водой из оцинкованных водопроводных труб.

Биологическая роль. Цинк – важный микроэлемент. Он входит в состав крови и мышечной ткани, является катализатором многих реакций, благодаря чему в организме поддерживается кислотный обмен. Цинк входит в состав инсулина – гормона поджелудочной железы, регулирующей содержание сахара в крови, участвует в переносе углекислого газа в крови позвоночных, гидролизе пептидных связей при переваривании белков, стимулирует рост растений.

Основной источник цинка – пшеничные отруби. При дефиците цинка в организме возможны диабет, кожные заболевания.

Токсическое действие. В основе многих проявлений цинковой интоксикации лежат конкурентные отношения цинка с рядом металлов, например, кальцием. В этом случае падает содержание кальция в крови, костях, одновременно нарушается усвоение организмом фосфора; в результате развивается остеопороз ( ломкость костей). Известен следующий факт. В 1981 году в Японии была зарегистрирована вспышка тяжёлого заболевания костно-мышечной системы у населения, употреблявшего в пищу рис, выращенный на полях орошения, где использовали сточные воды, сильно загрязнёнными сульфидами цинка и кадмия. Нельзя пить воду, хранившуюся в оцинкованных баках: накапливающиеся в ней ионы цинка отрицательно воздействуют на желудочно-кишечный тракт. Токсичность цинка объясняют его каталитической активностью. Цинк в высоких концентрациях – мутаген и онкоген.

Алюминий.

Антропогенные источники: горнорудные разработки, твёрдые выбросы и сточные воды предприятий (химико – фармацевтического, лакокрасочного, бумажного, текстильного), производства синтетического каучука, изготовлении и использовании алюминиевых деталей, конструкций, а также посуды и упаковочного материала (после термической обработки продуктов в алюминиевой посуде содержание его в них возрастает вдвое).

Биологическая роль. Алюминий – необходимый организму микроэлемент. В растительных организмах его содержится в десятки раз больше, чем в организмах животных. У человека алюминий обнаружен во всех органах, тканях и выделениях. Больше всего алюминия содержится в лёгких, печени, костях, головном мозге. Алюминий принимает участие в построении эпителиальной и соединительной ткани, в процессе регенерации костной ткани, в обмене фосфора. В зависимости от концентрации в организме алюминий оказывает активирующее или ингибирующее действие на активность пищеварительных ферментов. Известно, что нитрат алюминия повышает общую кислотность организма и переваривающую способность желудочного сока, увеличивает содержание в нём свободной соляной кислоты ( учащиеся могут объяснить этот факт, написав уравнение гидролиза этой соли) алюминий влияет на центральную нервную систему: повышенное содержание этого элемента в крови вызывает возбуждение, а пониженное – торможение.

Токсическое действие. Алюминий – биологический конкурент железа, кальция  фосфора. Избыток его в организме человека приводит к нарушению минерального обмена: снижается задержка кальция, уменьшается адсорбция фосфора и железа, что в свою очередь ведёт к снижению уровня АТФ в крови и нарушению процессов  фосфорилирования; замедляется рост и размножение клеток. Высокое комплексообразующая способность алюминия обусловливает угнетение активности ряда ферментов, особенно участвующих в кроветворении (блокируются их активные центры).

Алюминий обладает нейротоксическим действием - нарушает двигательную активность, вызывает судороги, снижение памяти, некоторые психические реакции наподобие слабоумия. Имеются данные о мутагенной активности алюминия.

Знаете ли вы, что…

Народная медицина считает, что страстное желание употреблять алкоголь связано с недостатком калия в организме. Солдаты, носившие на теле медные кресты, оставались в живых во время эпидемий чумы. Если в крови содержание меди превышает обычное, то это признак анемии, вызванной нехваткой железа.

В пище, содержащей кальций, особенно нуждаются люди, рождённые под знаком скорпиона. Кровь с пониженным содержанием кальция не свёртывается на воздухе. Малейшая царапина привела бы организм к гибели из-за потери крови, если бы кровь не содержала ионов кальция. Если пища будущей матери насыщена кальцием и магнием, то в потомстве преобладает женский пол, а избыток калия приводит к тому, что у неё рождается потомство преимущественно мужского пола. В местностях, где природная вода содержит повышенное количество ионов кальция и магния, в каждом доме в течение года накапливается столько накипи, что ею можно наполнить мусорное ведро.

Один из показателей не большого дефицита цинка в организме человека – появление белых пятен на ногах. Подорожник – индикатор нахождения цинка в почве. Большую потребность в цинке испытывают люди, которые часто «заглядывают» в рюмку. Высокогорное растение ярутка из семейства крестоцветных способно поглощать цинк и кадмий из почвы, обработанной сточными водами, лучше, чем капуста, редис, ложечница. По наблюдениям американских учёных, ярутка лучше удаляет цинк и кадмий из почв вблизи старого цинкоплавильного завода в штате Мэриленд, чем смолёвка широколиственная и томат обыкновенный, также считающиеся сверхнакопителями металлов.  В волосах больными с обширными ожогами содержится пониженное количество цинка. Очень большое количество цинка находится в молодых зелёных берёзовых листьях. Их можно заваривать как чай (одна столовая ложка на стакан кипятка). Устрица – концентрат цинка. Содержание цинка в ней достигает 0,7% (в сухом веществе). К моменту нереста рыб цинк из тканей тела рыб-самцов переходит в их молоки. Растение – накопители цинка издавна используются для лечения кожных заболеваний и в качестве ранозаживляющих средств. Это берёза повислая, чистотел большой, череда трёхраздельная, фиалка трёхцветная. В крови уставших людей содержится меньше магния, чем в крови людей, полных сил, и даже самые ничтожные отклонения «магниевой кривой» не проходят бесследно. Магнию отдают предпочтение в борьбе с серьёзным недугом нашего времени – переутомление. У нервных, легковозбудимых людей нарушения работы сердечной мышцы наблюдаются значительно чаще, чем у спокойных. Это объясняется тем, что в момент раздражения магний, содержащийся в организме, «сгорает».

У поселенцев (забайкальских казаков) на реке Уров – левом притоке реки Аргуни, берущей начало в отрогах Нерчинского хребта, появилась странная болезнь. Она проявлялась в искривлении костей, ломкости, боли в суставах. Нередко больные едва передвигали ноги и становились полными инвалидами. Первое описание болезни «об уродливости жителей берегов реки Урова в Восточной Сибири» сделал Иван Юренский в 1849 году. Он писал: «Девицы, выданные с Урова замуж в другие деревни, этой уродливости не подвергались, если ранее не имели её. Девицы, привезённые сюда из других мест, будучи совершенно здоровыми, по прожитии здесь несколько лет подвергались уродливости, но только в меньшей степени, нежели уроженцы Урова…» Значит, эта болезнь связана с какими- то особенностями этого региона.

В 1930-х гг. была организована Уровская научно- исследовательская станция Академии медицинских наук СССР. Теперь установлено, что эта болезнь вызвана повышенной концентрацией стронция в природных водах. Был проведён следующий эксперимент. Суть его заключалась в том, что это заболевание вызывали у подопытных животных, пищевой рацион которых отличался от рациона животных контрольной группы избытком стронция при дефиците кальция. Стронций всегда встречается совместно с кальцием. В кристаллической решётке минералов кальция всегда присутствуют атомы стронция. То же самое и в организме: оба эти элемента принимают участие в построении скелета. Но стронций более подвижен и долго не задерживается в костной ткани. Следствием этого являются рыхлость костей и их деформация. Симптомы заболевания напоминают обычный рахит, но оно не излечивается приёмом витамина D.

Некоторые морские организмы аккумулируют стронций из окружающей воды. Например, радиолярии, скелет которых целиком состоит из сульфата стронция.

Барий аккумулируется в сетчатке глаза.

Особенно быстро подходят к критическому порогу кадмия курильщики, т. к. растения табака жадно аккумулируют кадмий из почвы. Поэтому каждая затяжка дымом содержит помимо других вредных веществ также и кадмий. В одной сигарете его содержится от 1,2 до 2,5 мкг. Испытания на «курительных машинах» показали, что из этого количества в лёгкие курильщика попадает 0,1-0,2 мкг, а остальное рассеивается вместе с дымом  пеплом, поступая, конечно, и в чужие лёгкие, делая окружающих пассивными курильщиками.

В Японии, где кадмиевое загрязнение очень велико, не случайно отмечается относительно большее количество инсультов, чем в других странах.

Практическая часть.

Мы провели тесты на содержания кальция, магния и калия в организме 119 детей и  57 взрослых. И вот результаты.

У взрослых:

Кальций		Магний		Калий
достаток	недостаток	достаток	недостаток	достаток	недостаток
8 чел.	2 чел.	12 чел.	7 чел.	7 чел.	12 чел.
Достаток и недостаток.
9 человек.

         У детей:

Кальций		Магний		Калий
достаток	недостаток	достаток	недостаток	достаток	недостаток
28 чел.	3 чел.	37 чел.	6 чел.	30 чел.	13 чел.
Достаток и недостаток
12 человек

Результаты следующие:  у  взрослых людей (47%) достаточное количество макроэлементов в организме у 27 человек (47%),  21 человек  (37%) испытывают дефицит этих элементов, а 16-ти % тестируемых  в скором времени грозит  испытать на себе их недостаток.

Достаточное количество макроэлементов в организмах 72% школьников, недостаточное их количество у 22% детей, 6% ребят скоро испытают дефицит этих элементов в организме.

Вывод

С возрастом наблюдается дефицит элементов в организме, значит среди населения нужно вести разъяснительную работу о правильном питании, что позволит молодому поколению, вырасти здоровыми. Думаю, моя работа в этом плане может быть полезна.

Библиография

1.     Ивченко Л. А., Макареня А. А. Валеология на уроках неорганической химии. Пособие для учителя к спецкурсу «Химия и здоровье человека» // Химия № 11-14, 2000.

2.     «Энциклопедический словарь юного химика» / составители Крицман В. А. и Станцо В. В. -М.:- 368 с., ил. Издательство «Педагогика», 1982 год.

3.     Большая детская энциклопедия», Химия /составитель К. Люцис-М.: Русское  энциклопедическое товарищество 2000-640с.: ил.

4.     Детская энциклопедия. Химия «Я познаю мир»/ автор составитель А. А. Савина. Издательство АСТ- 1998 год.          

.

Краткое описание документа:

Одним из прикладных аспектов изучения темы "Металлы" является влияние металлов на организм человека. Научно-практическая работа раскрывает влияние макро- и микроэлементов на организм человека и указывает на симптомы заболеваний, связанных с нельцевыстатка и избытка ионов конкретных металлов. В работе есть практическая часть, позволяющая определить ка