Какой элемент содержится в организме человека
Жизнь на Земле зародилась в воде, в водном растворе химических элементов, которые она растворила в себе за миллиарды лет, прошедшие со времен ее сотворения. Состав химических элементов, который заложила в нас матушка природа мы должны поддерживать в определенном (заданном) ею количестве, и тогда мы будем здоровыми, бодрыми, крепкими…
Изменение содержания химических элементов, вызванное различными факторами — несбалансированное питание, экология, климат, болезни, стрессы и т.д., ведет к ухудшению состояния организма. К сожалению, большинство нашего населения не имеет представления о важности поддержания определенного баланса химических элементов и узнает об этом только на приеме у врача, после сдачи анализов крови, но на том порой все и кончается. И рассуждения у этих людей на первый взгляд здравые: «Гены не поменяешь, экологию не изменишь на какое-то особое питание, нет денег — пропью-ка я лекарство, а там — что Бог пошлет». Однако, по данным ВОЗ, наше здоровье на 48% зависит от нашего образа жизни, от нас с вами в большинстве случаев зависит, будем ли здоровы мы и наши близкие. И с вредной экологией мы тоже, оказывается, можем вполне успешно помочь бороться нашему организму, а он ответит хорошим здоровьем, бодростью, желанием жить и узнавать новое, в том числе и для здоровья и хорошего самочувствия.
Из 92 химических элементов, встречающихся в природе, 81 обнаружен в организме человека. Из них 12 элементов называют структурными, так как именно они в основном (на 99%) формируют элементный состав человеческого организма. Это углерод С, кислород О, водород Н, азот N, кальций Са, магний Mg, натрий Nа, калий К, сера S, фосфор Р, фтор F, хлор Cl.
Все минеральные элементы делятся на три группы в соответствии с их содержанием в организме: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы.
Такая классификация — по количественному признаку — проста и удобна, но она не дает ответа на главный вопрос: какова биологическая роль того или иного элемента в организме? Кроме того, количественное содержание некоторых элементов в организме может значительно варьироваться в зависимости от среды обитания человека, его питания, сферы деятельности.
Микроэлементами (МЭ) называют химические элементы, присутствующие в организме человека в очень малых («следовых») количествах. МЭ — это не случайные составные части тканей и жидкостей живых организмов, а компоненты очень древней и сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организма на всех стадиях его развития.
Даже самые незначительные количества элементов способны оказывать физиологическое воздействие на организм.
Классификация химических элементов по их биологической роли в организме представляет наибольший интерес для физиологов, биохимиков и специалистов в области питания. Согласно этой классификации все минеральные элементы, обнаруженные в организме, делятся на три группы:
- жизненно необходимые (эссенциальные);
- вероятно (условно) необходимые;
- элементы, роль которых мало изучена или неизвестна.
Группа жизненно важных элементов включает в себя все макроэлементы, а также часть микро- и ультрамикроэлементов. Это подтверждает мысль о том, что уровень концентрации того или иного микроэлемента в организме еще не определяет его биологического значения. Элемент считается жизненно необходимым, если при его отсутствии или недостаточном поступлении организм перестает расти и развиваться, не может осуществлять свой биологический цикл, в частности неспособен к репродукции. Введение недостающего элемента устраняет признаки его дефицита и возвращает организму жизнеспособность.
Человек получает макро- и микроэлементы из воздуха, воды, пищи, и они играют важнейшую роль в его адаптации к окружающей среде. Баланс элементов должен поддерживаться, но они по-разному усваиваются в кишечнике и поступают во внутреннюю среду.
Следует учитывать то, что если мы желаем получить необходимое количество микроэлементов из пищи — а едим мы ее часто вначале замороженную, затем термически обработанную, и количество микроэлементов при таком приготовлении уменьшается на 50–70%, — то приходится больше есть, а это калории, которые необходимо расходовать, иначе они отложатся на боках и животе в виде жира. В связи с изменением агротехнологий также происходит уменьшение количества химических элементов в продуктах.
Продолжение читайте в книге А.А. Назарова — Долголетие без болезней
Теги:
Здоровье
Вода
Минералы
Энергия
Иммунитет
Молодость
Воздух
Уважаемые читатели!
Спасибо, что читаете наш блог! Получайте самые интересные публикации раз в месяц оформив подписку. Новым читателям предлагаем попробовать нашу воду бесплатно, при первом заказе выберите 12 бутылок (2 упаковки) минеральной воды BioVita или питьевой воды Stelmas. Операторы свяжутся с Вами и уточнят детали. Тел. 8 (800) 100-15-15
* Акция для Москвы, МО, Санкт-петербурга, ЛО
Получи самые интересные публикации
Вы можете отписаться в любой момент
Спасибо за подписку на нашу рассылку
Что такое микроэлементы?
Одними из необходимых организму веществ являются минералы. На сегодняшний день известно около 70 элементов, необходимых человеку для полноценного функционирования. Некоторые из них нужны в большом количестве, их называют макроэлементы. А те, что необходимы в малом – микроэлементы.
Таким образом, микроэлементы – это химические элементы необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов и содержащиеся в очень небольших количествах (менее 0,015 г).
Они усваиваются организмом через воздух, воду и пищу (является основным поставщиком). Благодаря им, в организме происходят важные обменные процессы.
Значение микроэлементов. Их роль для организма человека.
Из 92 микроэлементов, встречающихся в природе, у человека обнаружен 81. Считается, что наиболее часто при тяжелых заболеваниях следует ожидать развитие нарушений со стороны цинка (Zn), меди (Cu), марганца (Mn), селена (Se), молибдена (Mo), йода (I), железа (Fe), хрома (Cr) и кобальта (Co).
Микроэлементы:
поддерживают:
- кислотно-щелочное равновесие;
- водно-солевой баланс;
- осмотическое давление в клетке;
- рН крови (норма 7,36-7,42);
- работу ферментных систем.
участвуют в процессах:
- нервно-мышечной передачи импульсов;
- сокращения мышц;
- свертывания крови;
- обмена кислорода.
входят в состав:
- костей и зубов;
- гемоглобина;
- тироксина;
- соков пищеварительной системы.
взаимодействуют с:
- витаминами;
- гормонами;
- ферментами.
Доказано, что содержание микроэлементов в организме изменяется в зависимости от времени года и возраста. Наибольшая потребность в макро и микроэлементах выражена в период роста, во время беременности и кормления грудью. В пожилом возрасте она резко снижается.
В частности, с возрастом повышается концентрация в тканях алюминия, титана, кадмия, никеля, цинка, свинца, а концентрация меди, марганца, молибдена, хрома снижается. В крови увеличивается содержание кобальта, никеля, меди и уменьшается содержание цинка. Во время беременности и в период лактации в крови становится в 2—3 раза больше меди, марганца, титана и алюминия.
Классификация микроэлементов
В основном микроэлементы классифицируют по заменимости, поэтому их классификация выглядет следующим образом:
- Незаменимые (железо, кобальт, марганец и цинк),
- Жизненно необходимые (алюминий, бор, бериллий, йод, молибден и никель),
- Токсиканты (кадмий, рубидий, свинец),
- Недостаточно изученные (висмут, золото, мышьяк, титан, хром).
Потребность человека в микроэлементах
| Группа населения | Физиологическая потребность, мг |
| 0-3 месяца | 3 |
| 4-6 месяцев | 3 |
| 7-12 месяцев | 4 |
| 1-3 года | 5 |
| 4-6 лет | 8 |
| 6 лет (школьники) | 10 |
| 7-10 лет | 10 |
| 11-13 лет (мальчики/девочки) | 15/12 |
| 14-17 лет (юноши/девушки) | 15/12 |
| Взрослое население (мужчины и женщины) | 15 |
| Лица престарелого и старческого возраста | 15 |
| Беременные женщины | 5 (дополнительно) |
| Кормящие матери | 10 (дополнительно) |
Виды микроэлементов, их основная характеристика. Признаки избытка и дефицита микроэлементов в организме человека
Натрий
участвует в водно-солевом обмене. Он поддерживает нормальный осмотический баланс в клетке. При избытке калия в организме, способствует его выведению. С ним же принимает участие в осуществлении сокращения мышцы сердца. Контролирует артериальное давление – при большом поступлении ионов натрия в кровяное русло происходит переход молекул воды из клеток в сосуды. Это вызывает повышение артериального давления. Поэтому гипертоникам рекомендована бессолевая диета. Дефицит натрия в организме провоцирует развитие слабости, апатии, нарушение мышечного сокращения.
Калий
способствует выведению воды из организма, передаче нервно-мышечного импульса и сокращению мышц, поддерживает в норме осмотическое давление в клетке, (в частности, сердечной), принимает участие в обмене глюкозы. При его дефиците возникает сильная жажда, артериальная гипертензия, гипергликемия, отеки конечностей, нарушается сердечный ритм, появляются мышечные боли.
Кальций
входит в состав костей и зубов. Способствует их росту и прочности. Участвует в процессе мышечного сокращения, свёртывания крови. Обладает противоаллергенным действием. Он выводит из организма ионы тяжелых металлов и радионуклеотиды. Его дефицит приводит к остеопорозу, судорогам в мышцах, болям суставов и костей, нарушению сердечного ритма, бессоннице, кровотечениям.
«Интересный факт»
волосы реагируют на нехватку микроэлементов быстрее всего, именно анализ состояния волос покажет самое точное количество и качество имеющихся в организме человека микроэлементов.
Железо
участвует в построении гемоглобина и насыщении клеток кислородом, входит в состав многих ферментов и катализаторов. Особенностью его является то, что он плохо усваивается организмом – для поступления суточной нормы железа (10 мг) с пищей необходимо употребить около 20 мг этого минерала. Его дефицит вызывает ломкость ногтей, выпадение волос, бледность, анемию (повышенная утомляемость, слабость, вялость, головокружения).
Йод
входит в состав гормонов щитовидной железы, благодаря которым в организме происходят процессы обмена веществ. При его дефиците развивается гипотиреоз, основными признаками которого становятся снижение концентрации внимания и работоспособности, замедление умственных процессов, гипотензия, повышение массы тела, нарушение работы сердца, ногти и волосы становятся ломкими и сухими.
Магний
способствует усвоению других микроэлементов и витаминов, способствует снижению артериального давления, повышает стрессоустойчивость (особенно, у женщин в период климакса). Его дефицит ведет к снижению аппетита, раздражительности, беспокойству, повышению артериального давления, нарушению сердечного ритма.
Медь
входит в состав важных катализаторов, участвует в обменных процессах и кроветворении. Она даёт пигмент волосам и эластичность кожи. При её недостатке возникает седина, кожа теряет эластичность и упругость, появляются морщины, сыпь и круги под глазами, развивается анемия и снижение иммунитета.
Селен
является мощным антиоксидантом. Также он участвует в процессах кроветворения, предотвращает развитие онкологических и инфекционных заболеваний за счёт стимулирования образования антител, является компонентом секрета яичек у мужчин, способствует выведению из организма радионуклеотидов. При дефиците этого микроэлемента возникают рак, частые простуды, кардиомиопатии, экзема, псориаз, катаракта.
Фтор
входит в состав костей, зубной эмали, подавляет активность бактерий на зубах и защищает их от кариеса, укрепляет иммунитет, способствует росту ногтей и волос, выводит из организма радионуклеотидов, участвует в процессах кроветворения. При его дефиците развивается остеопороз, кариес и пародонтоз. Также опасен и избыток фтора в организме. Он приводит к деформации костей и флюорозу (коричневые пятна на зубах), поражению ЦНС, появляются признаки пищевого отравления.
Хром
нормализует уровень глюкозы и холестерина в крови, препятствует развитию атеросклероза сердечно-сосудистых заболеваний. Его недостаток провоцирует гипогликемию и гиперхолестеринемию, вызывает непереносимость спиртных напитков.
Фосфор
входит в состав костного скелета, участвует в регенерации, либидо. Его дефицит приводит к деминерализации костей.
Цинк
участвует во многих обменных процессах, оказывает влияние на иммунитет, половую жизнь мужчин и женщин. Его дефицит приводит к бесплодию, патологиям кожи, нарушению вкуса и обоняния, снижает сексуальную активность, нарушает рост и структуру волос и ногтей, в редких случаях способствует развитию рака.
Марганец
участвует в липидном и углеводном обмене, оказывает влияние на работу ферментов. Он профилактирует сахарный диабет, заболевания щитовидной железы и коронарных сосудов. При его недостатке возникают нарушения сердечного ритма и усвоения глюкозы, снижается вес, тонус и сила связочного аппарата (из-за этого повышается травматизм).
Хлор
участвует в поддержании осмотического давления жидкостей организма и рН клеток, входит в состав желудочного сока, расщепляет жиры, стимулирует аппетит, удерживает в организме воду, стимулирует выведение токсинов. Его дефицита проявляется вялостью, сонливостью, снижением памяти, жаждой, выпадением волос и зубов.
Продукты, как основные источники, содержащие микроэлементы. Совместимость микроэлементов с витаминами
| Минерал | Суточная потребность | Продукты, богатые данным элементом | Совместимость с витаминами | Место локализации в организме |
| Железо | 10 мг | Говяжья печень, красное мясо, болгарский перец, чернослив, капуста, шпинат. | Витамины А и С улучшает всасывание железа, дезактивирует витамин Е и В12. | Гемоглобин (эритроциты). |
| Натрий | 7-10 г | Поваренная соль, хлеб, брынза, сыр. | Кости, околоклеточное пространство, внутри клетки | |
| Калий | 3-5 г | Картофель, чернослив, курага, изюм, шпинат, орехи, морская капуста. | Внутри клеток, сердечная мышца | |
| Кальций | 1 г | Молоко, сыр | Витамин D, К, В12, С способствуют усвоению кальция и участвуют в его обмене. | Сердце, кости |
| Йод | 200 мкг | Рыба, морская капуста, картофель, грибы, клубника. | Щитовидная железа. | |
| Хлор | Поваренная соль | Желудок | ||
| Магний | 400 мг | Шпинат, бобовые, шоколад, бананы | Улучшает проникновение в клетки витамина В6. Уменьшает всасывание витаминов В1 и Е. | Внутриклеточно. |
| Хром | 100-200 мкг | Пивные дрожжи, перловая крупа, жир, свёкла. | Витамин С способствует усвоению хрома. | Мышцы, мозг, надпочечники. |
| Марганец | 2-3 мг | Мясо, грибы, орехи, ячневая крупа | Дезактивирует витамин В12. | Опорно-двигательный аппарат, нервная система, половые железы |
| Цинк | 15 мг | Мясо, устрицы, орехи | Улучшает усвоение витамина А. С витамином В9 образует нерастворимый комплекс. Витамин В2 увеличивает усвоение цинка. Витамин В6 уменьшает потерю цинка. | Вилочковая и шишковидная железы, яички. |
| Медь | 1,5-3 мг | Печень, морепродукты, орехи, гречка, рис | Улучшает усвоение витамина В3. Замедляет всасывание витаминов В2 и Е, активность витаминов В5, В12. Витамин С способствует вымыванию меди. | Внутриклеточно |
| Фосфор | 1,5 г | Рыба, мясо, сыр, творог | Витамин D улучшает обмен фосфора. | Кости |
| Селен | 150-200 мкг | Печень, почки, морепродукты, орехи | Способствует усвоению витамина Е, а тот повышает антиоксидантные свойства селена. | Эритроциты, мышечные клетки. У мужчин 12 часть селена всего организма находится в семенных канальцах. |
| Фтор | 1,5 мг | Морепродукты, фторированная вода и молоко, орехи, хлеб, чёрный чай. | Кости и зубы |
Похудеть помогут микроэлементы
Авторы: Кукушкин Ю.Н.
Введение
Многим химикам известны крылатые слова,сказанные в 40-х годах текущего столетия немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы Периодической системы. Вначале эти слова были встречены далеко не с единодушным одобрением. Однако, по мере того как разрабатывались всё более точные методы аналитического определения химических элементов, учёные всё больше убеждались в справедливости этих слов.
| Химический элемент | Суточное поступление, мг | |
|---|---|---|
| взрослые | дети | |
| K Na Ca Mg Zn Fe Mn Cu Mo Cr Co Cl PO43– SO42– I Se F | 2000-5500 1100–3300 800–1200 300–400 15 10–15 2,0–5,0 1,5–3,0 0,075–0,250 0,05–0,2 Около 0,2 (витамин В12 ) 3200 800-1200 10 0,15 0,05–0,07 1,5–4,0 | 530 260 420 60 5 7,0 1,3 1,0 0,06 0,04 0,001 470 210 – 0,07 – 0,6 |
Если согласиться с тем, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то это должно быть справедливо и для живого организма. Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Жизнь требует постоянного обмена веществ в организме. Поступлению в организм химических элементов способствуют питание и потребляемая вода. В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определённом уровне (табл. 1). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержания находятся в относительном постоянстве.
Предположения некоторых учёных идут дальше.Они считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. Однако, по мере того как развиваются исследования в данном направлении, выявляется биологическая роль всё большего числа химических элементов.
Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% — на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород, кислород, в их состав входят также азот, фосфор и сера. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se. Например, если вес человека составляет 70 кг, то в нём содержится (в граммах): кальция — 1700, калия — 250, натрия — 70, магния — 42, железа — 5, цинка — 3. Учёные договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10 –2%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10 –3 –10 –5 % Если содержание элемента ниже 10 –5 %,, его считают ультрамикроэлементом. Конечно, такая градация условна. По ней магний попадает в промежуточную область между макро- и микроэлементами.
Жизненно необходимые элементы
Несомненно, время внесёт коррективы в современные представления о числе и биологической роли определённых химических элементов в организме человека. В данной статье мы будем исходить изтого, что уже достоверно известно. Роль макроэлементов, входящих в состав неорганических веществ, очевидна. Например, основное количество кальция и фосфора входит в кости (гидроксофосфат кальция Ca10(PO4)6(OH)22), а хлор в виде соляной кислоты содержится в желудочном соке.
Рис. 1. Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для жизненно необходимых элементов.
Микроэлементы вошли в отмеченный выше ряд 22 элементов, обязательно присутствующих в организме человека. Заметим, что большинство из них — металлы, а из металлов больше половины являются d-элементами. Последние в организме образуют координационные соединения со сложными органическими молекулами. Так, установлено, что многие биологические катализаторы — ферменты содержат ионы переходных металлов (d-элементов). Например, известно, что марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо — в 70, медь — в 30, а цинк — более чем в 100. Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность организма. Характерным признаком необходимого элемента является колоколообразный вид кривой доза (n) — ответная реакция (R, эффект) (рис. 1).
При малом поступлении данного элемента организму наносится существенный ущерб. Он функционирует на грани выживания. В основном это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит данный элемент. При повышении дозы элемента ответная реакция возрастаети достигает нормы (плато). При дальнейшем увеличении дозы проявляется токсическое действие избытка данного элемента, в результате чего не исключается и летальный исход. Кривую на рис. 1 можно трактовать так: всё должно быть в меру и очень мало и очень много вредно. Например, недостаток в организме железа приводит к анемии, так как оно входит в состав гемоглобина крови, а точнее, его составной части — гема. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме происходят постоянный распад и синтез гемоглобина. Для восполнения железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм с пищей в среднем около 12 мг этого элемента. Связь анемии с недостатком железа была известна врачам давно, так как ещё в XVII веке в некоторых европейских странах при малокровии прописывали настой железных опилок в красном вине. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и лёгких — заболевания, вызываемые отложением соединений железа в тканях этих органов. Главный регулятор содержания железа в крови — печень.
Недостаток в организме меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, патологическому росту костей, дефектам в соединительных тканях. Кроме того, считают, что дефицит меди служит одной из причин раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение лёгких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением содержания меди в организме. Однако избыток меди в организме приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Человеку причиняют вред лишь относительно большие количества соединений меди. В малых дозах их используют в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) применяют при лечении конъюктивитов в виде глазных капель (25%-ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди(II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи фосфором проводят её обильное смачивание 5%-ным раствором сульфата меди (II).
| Дефицит элемента | Типичный симптом |
|---|---|
| Ca Mg Fe Zn Cu Mn Co Se | Замедление роста скелета Мускульные судороги Анемия, нарушение иммунной системы Повреждение кожи, замедление роста, замедление сексуального созревания Слабость артерий, нарушение деятельности печени, вторичная анемия Бесплодность, ухудшение роста скелета Замедление клеточного роста, склонность к кариесу Злокачественная анемия Учащение депрессий, дерматиты Симптомы диабета Нарушение роста скелета Кариес зубов Нарушение работы щитовидной железы, замедление метаболизма Мускульная (в частности, сердечная) слабость |
Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Надёжно установлено, что всем живым организмам присуще явление ионной асимметрии — неравномерное распределение ионов внутри и вне клетки. Например, внутри клеток мышечных волокон, сердца, печени, почек имеется повышенное содержание ионов калия по сравнению с внеклеточным. Концентрация ионов натрия, наоборот, выше вне клетки, чем внутри её. Наличие градиента концентраций калия и натрия — экспериментально установленный факт. Теперь исследователей волнует вопрос о природе калий-натриевого насоса и его функционировании (см. статьи В.А. Опритова Электричество в жизни животных и растений: Соросовский Образовательный Журнал.1996. № 9. С. 40–46; В.Ф. Антонова Биофизикамембран: Там же. 1997. № 6. С. 14–20). Интересно, что по мере старения организма градиент концентраций ионов калия и натрия на границе клеток падает. При наступлении смерти концентрации калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравниваются.
Биологическая функция других щелочных металлов в здоровом организме пока неясна. Однако имеются указания, что введением в организм ионов лития удаётся лечить одну из форм маниакально-депрессивного психоза. Приведём табл. 2, из которой видна важная роль других жизненно необходимых элементов.
Примесные элементы
Имеется большое число химических элементов, особенно среди тяжёлых, являющихся ядами для живых организмов, — они оказывают неблагоприятное биологическое воздействие. В табл. 3 приведены эти элементы в соответствии с Периодической системой Д.И. Менделеева.
| Период | Группа | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| VIII | I | II | III | IV | V | VI | |
| II | — | — | Be | — | — | — | — |
| IV | Ni | — | — | As | Se | ||
| V | Pd | Ag | Cd | — | Sb | Te | |
| VI | Pt | Au | Ba Hg | Tl | Pb | Bi | — |
За исключением бериллия и бария, эти элементы образуют прочные сульфидные соединения. Существует мнение, что причина действия ядов связана с блокированием определённых функциональныхгрупп (в частности, сульфгидрильных) протеина или же с вытеснением из некоторых ферментов ионов металлов, например меди и цинка. Элементы, представленные в табл. 3, называют примесными. Их диаграмма доза — эффект имеет другую форму по сравнению с жизненно необходимыми (рис. 2). До определённого содержания этих элементов организм не испытывает вредного воздействия, но при значительном увеличении концентрации они становятся ядовитыми.
Встречаются элементы, которые в относительно больших количествах являются ядами, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние. Например, мышьяк — сильный яд, нарушающий сердечно-сосудистую систему и поражающий почки и печень, в небольших дозах полезен, и врачи прописывают его для улучшения аппетита. Кислород, необходимый человеку для дыхания, в высокой концентрации (особенно под давлением) оказывает ядовитое действие.
Рис. 2. Зависимость ответной реакции (R) от дозы (n) для примесных химических элементов.
Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме играет весьма существенную, а порой и катастрофическую роль. Среди примесных элементов имеются и такие, которые в малых дозах обладают эффективными лечащими свойствами. Так, давно было замечено бактерицидное (вызывающее гибель различных бактерий) свойство серебра и его солей. Например, в медицине раствор коллоидного серебра (колларгол) применяют для промывания гнойных ран, мочевого пузыря, при хронических циститах и уретитах, а также в виде глазных капель при гнойных конъюктивитах и бленнорее. Карандаши из нитрата серебра применяют для прижигания бородавок, грануляций. В разбавленных растворах (0,1–0,25%) нитрат серебра используют как вяжущее и противомикробное средство для примочек, а также в качестве глазных капель. Учёные считают, что прижигающее действие нитрата серебра связано с его взаимодействием с белками тканей, что приводит к образованию белковых солей серебра — альбуминатов. Серебро пока не относят к жизненно необходимым элементам, однако уже экспериментально установлено его повышенное содержание в мозгу человека, в железах внутренней секреции, печени. В организм серебро поступает с растительной пищей, например с огурцами и капустой.
В табл. 4 приведена Периодическая система, в которой охарактеризована биоактивность отдельных элементов [1]. Оценка основана на проявлении симптомов дефицита или избытка определённого элемента. Она учитывает следующие симптомы (в порядке возрастания эффекта): 1 — снижение аппетита; 2 — потребность в изменении диеты; 3 — значительные изменения состава тканей; 4 — повышенная повреждаемость одной или нескольких биохимических систем, проявляющаяся в специальных условиях; 5 — недееспособность этих систем в специальных условиях; 6 — субклинические признаки недееспособности; 7 — клинические симптомы недееспособности и повышенная повреждаемость; 8 — заторможенный рост; 9 — отсутствие репродуктивной функции. Крайней формой проявления дефицита или избытка элемента в организме является смертельный исход. Оценка биоактивности элемента сделана по девятибальной шкале в зависимости от характера симптома, для которого выявлена специфичность.
При такой оценке наиболее высоким баллом характеризуются жизненно необходимые элементы.
| IA | IIA | IIIB | IVB | VB | VIB | VIIB | VIIIB | IB | IIB | IIIA | IVA | VA | VIA | VIIA | VIIIA | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H 9 | He | ||||||||||||||||
| Li 4 | Be | B | C 9 | N 9 | O 9 | F 6 | Ne | ||||||||||
| Na 9 | Mg 9 | Al | Si 7 | P 9 | S 9 | Cl 9 | Ar | ||||||||||
| K 9 | Ca 9 | Sc 3 | Ti 1 | V 8 | Cr 8 | Mn 9 | Fe 9 | Co 9 | Ni 8 | Cu 9 | Zn 9 | Ga 1 | Ge 1 | As 2 | Se 8 | Br | Kr |
| Rb 2 | Sr 5 | Y 1 | Zr | Nb 3 | Mo 9 | Te | Ru | Rh | Pd | Ag 1 | Cd 1 | In | Sn 6 | Sb 1 | Te | I 9 | Xe |
| Cs | Ba 2 | La 3 | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au 1 | Hg 1 | Tl 1 | Pb 1 | Bi | Po | At | Rn |
| Fr | Ra | Ac | |||||||||||||||
| Ce 1 | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy 1 | Ho 1 | Er | Tm | Yb | Lu | ||||
| Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lo | ||||
Заключение
Выявление биологической роли отдельных химических элементов в функционировании живых организмов (человека, животных, растений) — важная и увлекательная задача. Минеральные вещества, как и витамины, часто действуют как коферменты при катализе химических реакций, происходящих всё время в организме.
Усилия специалистов направлены на раскрытие механизмов проявления биоактивности отдельных элементов на молекулярном уровне (см. статьи Н.А. Улахновича Комплексы металлов в живых организмах: Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 8. С. 27–32; Д.А. Леменовского Соединения металлов в живой природе: Тамже. № 9. С. 48–53). Нет сомнения, что в живых организмах ионы металлов находятся в основном в виде координационных соединений с биологическими молекулами, которые выполняют роль лигандов. В статье из-за ограниченности объёма приведён материал, относящийся главным образом к организму человека. Выяснение роли металлов в жизнедеятельности растений, несомненно, окажется полезным для сельского хозяйства. Работы в этом направлении широко ведутся в лабораториях различных стран.
Весьма интересен вопрос о принципах отбора природой химических элементов для функционирования живых организмов. Не вызывает сомнения, что их распространённость не является решающим фактором. Здоровый организм сам способен регулировать содержание отдельных элементов. При наличии выбора (пищи и воды) животные инстинктивно могут вносить лепту в это регулирование. Возможности растений в данном процессе ограничены. Сознательное регулирование человеком содержания микроэлементов в почве сельскохозяйственных угодий также одна из важных задач, стоящих перед исследователями. Знания, полученные учёными в этом направлении, уже оформились в новую отрасль химической науки — бионеорганическую химию. Поэтому уместно напомнить слова выдающегося учёного XIX века А. Ампера: Счастливы те, кто развивает науку в годы, когда она не завершена, но когда в ней уже назрел решительный поворот. Эти слова могут быть особенно полезны тем, кто стоит перед выбором профессии.
Литература
- 1.Ершов Ю.А., Плетенёва Т.В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. М.: Медицина, 1989.
2.Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. Л.:Химия, 1991.
3.Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. М.: Высш. шк.,1992.
4.Лазарев Н.В. Эволюция фармакологии. Л.: Изд-воВоен.-мед. акад., 1947.
5. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978. Т. 1, 2 /Под ред. Г. Эйхгорна.
6. Химия окружающей среды / Под ред. Дж.О. Бокриса. М.: Химия, 1982.
7.Яцимирский К.Б. Введение в бионеорганическую химию. Киев: Наук. думка, 1973.
8.Kaim W., Schwederski B. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life. Chichester: JohnWile and Sons, 1994. 401 p.
Об авторе:
Юрий Николаевич Кукушкин, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой неорганической химии Санкт-Петербургского государственного технологического института, заслуженный деятель науки РФ, лауреат премии им. Л.А. Чугаева АН СССР, академик РАЕН. Область научных интересов — координационная химия и химия платиновых металлов. Автор и соавтор более 600 научных статей, 14 монографий, учебников и научно-популярных книг, 49 изобретений.
опубликовано 03/12/2009 11:55
обновлено 13/05/2011