Неорганическая химия

Существуют различные классификации химиче–ских элементов, содержащихся в организме человека. Так, В. И. Вернадский в зависимости от среднего содер–жания (массовой доли w, %) в живых организмах делил элементы по декадной системе. Согласно этой клас–сификации элементы, содержащиеся в живых орга–низмах, делят на три группы: макро-, микро– и ультра–микроэлементы.

Макроэлементы

Это элементы, содержание которых в организме вы–ше 10^-2%. К ним относятся кислород, углерод, водород, азот, фосфор, сера, кальций, магний, натрий и хлор.

Микроэлементы

Это элементы, содержание которых в организме на–ходится в пределах от-10^-3 до 10^-5%. К ним относятся йод, медь, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, ко–бальт.

Ультрамикроэлементы

Это элементы, содержание которых в организме ниже 10^-5%. К ним относятся ртуть, золото, уран, торий, радий и др.

В настоящее время ультрамикроэлементы объеди–няют с микроэлементами в одну группу. Эта класси– фикация отражает только содержание элементов в живых организмах, но не указывает на биологиче–скую роль и физиологическое значение того или ино–го элемента.

В. В. Ковальский, исходя из значимости для жизне–деятельности, подразделил химические элементы на три группы.

Жизненно необходимые (незаменимые) элементы

Они постоянно содержатся в организме человека, вхо–дят в состав ферментов, гормонов и витаминов: Н, О, Са, N, К, Р, Na, S, Mg, d, С, I, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Mo, V. Их де–фицит приводит к нарушению нормальной жизнедея–тельности человека.

Примесные элементы

Эти элементы постоянно содержатся в организме жи–вотных и человека: Ga, Sb, Sr, Br, F, В, Be, Li, Si, Sn, Cs, Al,

Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se.

Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна. Примесные элементы

Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb и др. Обнаружены в ор–ганизме человека и животных. Данные о количестве и биологическая роль пока не выяснены.

Элементы, необходимые для построения и жиз–недеятельности различных клеток и организмов, называются биогенными элементами.

Точно перечислить все биогенные элементы в настоя–щее время еще невозможно из-за сложности определе–ния очень низких концентраций микроэлементов и уста–новления их биологических функций. Для 24 элементов биогенность установлена надежно. Это элементы пер–вой и некоторые элементы второй групп (по Ковальскому).

33. Топография важнейших биогенных элементов в организме человека

Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, т. е. микро– и макро–элементы неравномерно распределяются между раз–ными органами и тканями. Большинство микроэлемен–тов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основными депо (запасниками) для многих микроэлементов.

Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержаться в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе, йод – в щи–товидной, фтор – в эмали зубов, алюминий, мышьяк, ва–надий накапливаются в волосах и ногтях, кадмий, ртуть, молибден – в почках, олово – в тканях кишечника, стронций – в предстательной железе, костной ткани, барий – в пигментной сетчатке глаза, бром, марганец, хром – в гипофизе и т. д.

В организмах микроэлементы могут находиться в свя–занном состоянии и в виде свободных ионных форм. Известно, что кремний, алюминий, медь и титан в тка–нях головного мозга находятся в виде комплексов с бел–ками, тогда как марганец – в ионном виде.

Водород и кислород – макроэлементы. Они входят в состав воды, которой в организме взрослого человека в среднем содержится около 65%. Вода неравномерно распределена по органам, тканям и биологическим жидкостям человека. Так, в желудочном соке, слюне, плазме крови, лимфе вода составляет от 89,5 до 90%, в моче, сером веществе головного мозга, почках – 80%, в белом веществе головного мозга, печени, коже, спинном мозге, мышцах, легких, сердце – 70—80%.

Меньше всего – 40% воды – содержится в ске–лете.

Макроэлементы – углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор – входят в состав белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений организма. Содержание углерода в белках составляет 51—55%, кислорода – 22—24%, азота – 15—18%, водорода – 6,5—7%, серы – 0,3—2,5%, фосфора – около 0,5%.

Углерод, водород и кислород входят также в состав углеводов, содержание которых в тканях животных не–велико – примерно 2%. Эти элементы входят в состав липидов (жиров). Кроме того, в состав фосфолипидов входит фосфор в виде фосфатных групп. В наибольшей степени липиды концентрируются в головном мозге (12%), затем в печени (5%), молоке (2—3%) и сыворот–ке крови (0,6%). Однако основная часть фосфора (600 г) содержится в костной ткани. Это составляет 85% от мас–сы всего фосфора, находящегося в организме челове–ка. Концентрируется фосфор и в твердых тканях зубов, в состав которых он входит вместе с кальцием, хлором, фтором в виде гидроксил-, хлор-, фторапатитов общей формулы Са₅ (РO₄)₃Х, где X = ОН, CI, F соответственно.

Кальций преимущественно концентрируется в кост–ной, а также и в зубной тканях. Натрий и хлор в основ–ном содержатся во внеклеточных жидкостях, а калий и магний – во внутриклеточных. В виде фторидов нат–рий и калий входят в состав костной и зубной тканей. Магний в виде фосфата Mg₃ (PO₄)₂ содержится в твер–дых тканях зуба.

В поддержании определенного содержания макро-и микроэлементов в организме участвуют гормоны.

34. Биологическая роль химических элементов в организме

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

Главная функция макроэлементов состоит в постро-е-нии тканей, поддержании постоянства осмотическо–го давления, ионного и кислотно-основного состава.

Микроэлементы, входя в состав ферментов, гормо–нов, витаминов, биологически активных веществ в ка–честве комплексообразователей или активаторов, участвуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом дыхании, обезвреживании токсических ве–ществ. Микроэлементы активно влияют на процессы кроветворения,окисления,восстановления, прони–цаемость сосудов и тканей. Макро– и микроэлементы – кальций, фосфор, фтор, йод, алюминий, кремний – определяют формирование костной и зубной тканей.

Выявлено немало заболеваний, связанных с недо–статком или избыточным накоплением различных мик–роэлементов. Дефицит фтора вызывает кариес зубов, дефицит йода – эндемический зоб, избыток молибде–на – эндемическую подагру. Такого рода закономерно–сти связаны с тем, что в организме человека поддержи–вается баланс оптимальных концентраций биогенных элементов – химический гомеостаз. Нарушение этого баланса вследствие недостатка или избытка элемента может приводить к различным заболеваниям.

Кроме шести основных макроэлементов – органоге–нов (углерода, водорода, азота, кислорода, серы и фос–фора), из которых состоят углеводы, жиры, белки и нук–леиновые кислоты, для нормального питания человека и животных необходимы неорганические макроэлемен–ты – кальций, хлор, магний, калий, натрий – и микро–элементы – медь, фтор, йод, железо, молибден, цинк, а также, возможно (для животных доказано), – се–лен, мышьяк, хром, никель, кремний, олово, ванадий.

Анализ содержания и соотношения микроэлементов в организме человека находит применение и в судеб–но-медицинской экспертизе. Например, в случае ал–когольного отравления под влиянием этилового спир–та в печени повышается содержание кальция, а натрия и калия становится меньше. При этом в сердце и поч–ках, наоборот, содержание кальция снижается.

Недостаток в пищевом рационе таких элементов, как железо, медь, фтор, цинк, йод, кальций, фосфор, маг–ний и некоторых других, приводит к серьезным послед–ствиям для здоровья человека.