Химические элементы, входящие в состав человека и взаимодействие их в организме

                                           ВВЕДЕНИЕ 
Я выбрала достаточно сложную тему, так как в ней сочетаются множество наук, изучение которых очень важно в мире: биология, экология, химия и т.д. Моя тема значима в курсе школьной химии и биологии. Человек очень сложный живой организм, но его изучение показалось мне довольно интересным. Я считаю, что каждый человек должен знать из чего он состоит.  
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 все более точные методы аналитического определения химических элементов, ученые все больше убеждались в справедливости этих слов. 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 определенном уровне (табл. 1). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержания находятся в относительном постоянстве. 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 нем содержится (в граммах): кальция - 1700, калия - 250, натрия - 70, магния - 42, железа - 5, цинка - 3.

Цель: 
Подробнее изучить химические элементы, входящие в состав человека и взаимодействие их в организме.

Для достижения указанной  цели были поставлены следующие задачи: 
1)Изучить элементарный состав живых организмов; 
2)Выделить основные группы химических элементов: микро- и макроэлементы; 
3)Определить, какие химические элементы отвечают за рост, работу мышц, нервной системы и т.д.;

 

 

                                           Кальций

Большое содержание кальция  в организме человека объясняется  тем, что он

в значительном количестве содержится в костях в виде гидроксофосфат кальция –Са10(РО4)6(ОН)2 и его суточное потребление составляет для взрослого человека 800-1200мг.

Концентрация ионов кальция  в плазме крови поддерживается очень  точно на

уровне 9-11мг% и у здорового человека редко колеблется больше чем на 0,5мг% выше или нормального уровня, являясь одним из наиболее точно регулируемых факторов внутренней среды.

Узкие границы, в пределах которых колеблется содержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двух гормонов-паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в крови приводит к усилению внутренней секреции околощитовидных желез ,что сопровождается увеличением поступления кальция в кровь из его костных депо. Наоборот, повышение содержания этого электролита в крови угнетает выделение паратгормона и усиливает образование тирокальцитонина из парафолликулярных клеток щитовидной железы ,в результате чего снижается количество кальция в крови. У человека при недостаточной внутрисекретной функции околощитовидных железразвивается гипопаратериоз с падение уровня кальция в крови. Это вызывает резкое повышение возбудимости центральной нервной системы, что сопровождается приступами судорог и может привести к смерти.

 Гиперфункция околощитовидных желез вызывает увеличение содержания кальция в крови и уменьшение неорганического фосфата,  что сопровождается разрушением костной ткани(остеопороз),слабостью в мышцах и болями в конечностях.

 

 

                                                      Железо

Роль  воды в организме человека.

Человек состоит из воды на 70-80%; мозг человека - на 85%; эмбрион - на 95%; меньше всего воды в костях - 30%. Вода - основной растворитель в  человеческом организме, в ней переносятся  все вещества - соли, кислород, ферменты, гормоны. Поэтому все вещества, вырабатываемые нашим организмом, водорастворимы. При растворении веществ очень  важен химический состав воды, ведь чем больше посторонних примесей в воде, тем хуже она растворяет вещества. (Например, водопроводная  вода на 1/5 часть уже занята посторонними примесями и человеку остается только 4/5 от выпитого объема).

Все органические соединения, находящиеся в воде, можно условно  разделить на мелкие (размер молекулы - меньше 100 килодальтон) и крупные (размер молекулы - от 100 килодальтон). Наиболее опасны для человека крупные органические соединения, которые на 90% являются канцерогенами или мутагенами. Наиболее опасны хлорорганические соединения, образующиеся при кипячении хлорированной воды, т.к. они являются сильными канцерогенами, мутагенами и токсинами. Остальные 10% крупной органики в лучшем случае нейтральны в отношении организма. Полезных для человека крупных органических соединений, растворенных в воде, всего 2-3 (это ферменты, необходимые в очень малых дозах). Воздействие органики начинается непосредственно после питья. В зависимости от дозы это может быть 18-20 дней или, если доза большая, 8-12 месяцев.

Содержащиеся в воде ионы тяжелых металлов и их воздействие  на организм человека.

Тяжелые металлы, попадая  в наш организм, остаются там навсегда, вывести их можно только с помощью  белков молока и белых грибов. Достигая определенной концентрации в организме, они начинают свое губительное воздействие - вызывают отравления, мутации. Кроме того, что сами они отравляют организм человека, они еще и чисто механически засоряют его - ионы тяжелых металлов оседают на стенках тончайших систем организма и засоряют почечные каналы, каналы печени, таким образом снижая фильтрационную способность этих органов. Соответственно, это приводит к накоплению токсинов и продуктов жизнедеятельности клеток нашего организма, т.е. самоотравление организма, т.к. именно печень отвечает за переработку ядовитых веществ, попадающих в наш организм, и продуктов жизнедеятельности организма, а почки - за их выведение наружу. К тяжелым металлам относятся Pb (свинец), Al (алюминий), Mn (марганец), Si (кремний), Fe (железо), Se (селен), Zn (цинк), Hg (ртуть), Cd (кадмий).

 

 

                                                    Медь                     

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 причины раковых заболеваний .В некоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным понижением меди в организме. Многое известно и транспорте меди в организме. Значительная часть меди находится в форме церулоплазмина. Содержание меди в организме варьируется от 100 до 150 мг с наибольшей концентрацией в стволе мозга. Большой расход меди ведёт к  дефициту и неблагоприятен для человека. Прогрессирующие заболевание мозга у детей (синдром Менкеса) связано с дефицитом меди, так как при этом заболевание не хватает медьсодержащего фермента. Некоторые улучшения в состоянии этих больных было получено при введение меди. Избыточное количество меди в организме также неблагоприятно и ведет к развитию тяжелых заболеваний. При болезни Вильсона содержание меди увеличивается практически в 100 раз по сравнению с нормой. Медь обнаруживается во многих тканях, но особенно её много в печени, почках и мозге .Её можно увидеть на роговице в виде коричневых или зелёных кругов. В настоящие время установлено, что первоначально избыточные концентрации меди возникают в печени, затем в нервной системе, проявление расстройства этих органов наступают в том же порядке. Симптомы болезни Вильсона включают цирроз печен, нарушение координации, сильный тремор, прогрессирующие разрушение зубов. Степень выраженности симптомов зависит от количества содержание меди. Уменьшение клинической симптоматики может быть достигнуто использованием хелатирующих агентов, выводящих излишки запасов меди. Сам факт исчезновение симптомов послеподобной терапии означает, что разрушение мозга является больше биологическим процессом, нежели структурным.                        

Несмотря на генетически  зависимую природу заболевания, отложение меди в тканях наблюдается не всегда. Медь откладывается в определённые медь протеины печени, при болезни Вильсона происходит нарушение в синтезе апоцерулоплазмина таким образом, что медь не может связываться с этими белками и начинает откладываться в других местах. Понятно, что это не может служить единственным объяснением, так как у ряда пациентов уровень церулоплазмина понижен незначительно. Кроме того, в больших количествах медь обнаруживается в печени новорождённых, причём 2% общего количества меди связано с белком. Через три месяца концентрация снижается до нормального уровня, с того времени печень способна синтезировать белок цирулоплазмин. Существует другая точка зрения на болезнь Вильсона: структура белка металлотеонина при болезни Вильсона нарушена, и это ведёт к повышенному связыванию ионов меди, что в свою очередь ведёт к нарушению запасов и транспорта меди в организме. У пациентов с болезнью Вильсона было продемонстрировано повышенное связывание меди металлотионеином.

При лечение болезни Вильсона употребляют пищу, бедную медью, и применяют хелатирующие агенты, особенно пенисилламин. При многих других заболеваниях наблюдается увеличение меди сыворотки: так при инфекционном гепатите наблюдается увеличение сыворотки меди в 3 раза по с нормой – 350мкг/100мл. это связано с накоплением церулоплазмина.

Повышение меди в крови  встречается при таких заболеваниях, как лейкемия, лимфома, ревматоидный артрит, цирроз, нефрит. Высокий уровень меди может быть связан  с различными явлениями, и  обнаружение высоких концентраций меди сыворотки представляет диагностическую ценность только при одновременном рассмотрение с данными других исследований. Анализ концентрации ионов меди необходимо проводить для оценки эффективности лечения, так как уровень меди

прямо пропорционален тяжести заболевания. Это положение верно пригепатитах и злокачественных заболеваниях.

 

 

 

    

                                               Натрий и Калий

Калий, как и натрий, играет большую роль в образовании буферных систем, предотвращающих сдвиги реакции  среды и обеспечивающих их постоянство. Калий относится к основным внутриклеточным  катионам, являясь необходимым компонентом  внутриклеточной среды всех живых  организмов. В организме человека около 98% калия находится внутри клеток тканей. Для всех тканей характерно определенное соотношение концентраций между калием и натрием, который  содержится преимущественно во внеклеточной среде.

В некоторых физиологических  процессах калий выступает как  антогонист натрия: увеличение концентрации калия в организме приводит к выведению из организма натрия. Соединения калия оказывают влияния на коллоидное состояние тканей, способствуют выведению из организма жидкости. Это свойство калия используют в так называемых "калиевых диетах" (диета с повышенным содержанием калия) при сердечно-сосудистой и почечной недостаточности для повышения мочевыделения и выведения натрия.

Общее содержание калия в  организме человека составляет 160-250 г. Но это количество меняется в зависимости  от возраста, пола, конституции человека. Эти сдвиги связаны и с изменением клеточной массы тела .Калий в основном содержится в растительных продуктах питания ,с которыми поступает в организм человека.

Наиболее богаты содержанием калия:

соя - 1796 мгк / на 100 г продукта,

фасоль - 1061 мгк / на 100 г продукта,

горох - 900 мгк / на 100 г продукта.

 

Суточная потребность калия для взрослого человека 2-3 г в сутки, а для ребенка - 16-30 мг на кг массы тела. Необходимый минимум потребления калия для человека в сутки составляет около 1 г. При нормальном пищевом рационе суточная потребность в калии полностью удовлетворяется, но отмечаются еще сезонные колебания в потреблении калия. Так, весной его потребление невысоко - около 3 г/сутки, а осенью максимальное потребление - 5-6 г/сутки.

Для нормального обмена веществ  в пищевом рационе должно выдерживаться  соотношение между калием и натрием - 1:2.

Учитывая тенденцию современных  людей к употреблению с пищей  большого количества поваренной соли, также возрастает и потребность  в калии, который может нейтрализовать неблагоприятное влияние избытка  количества натрия на организм.

Недостаток поступления  калия с пищей может привести к дистрофии даже при нормальном содержании белков в рационе. Нарушение  обмена калия проявляется при  хронических заболеваниях почек  и сердечно-сосудистой системы, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта (особенно, сопровождающихся поносом и рвотой), при заболевании желез внутренней секреции и другой патологии.

Недостаток калия в  организме проявляется прежде всего нарушениями нервно-мышечной и сердечнососудистой систем (сонливость, нарушение движений, дрожание конечностей, замедленное серцебиение.

 

 

                                       Цинк                      

Большое значение для организма  человека имеет цинк, в среднем  в организме находится около 3г, а суточное потребление 15мг. Дефицит цинка у человека выражается в потере аппетита, нарушении в скелете и оволосении, повреждении кожи, замедлении полового созревания. В нескольких случаях дефицит цинка привёл у людей к большим нарушениям в сенсорном аппарате, выражавшимся в извращение: вкуса и запаха. У этих пациентов симптомы анорексии и нарушение физиологических отравлений могут быть сняты добавками цинка в рацион. Важную роль цинк играет в заживлении ран. При дефиците цинка этот процесс идётмедленно в следствии снижения синтеза белка и коллагена. Из этого следует, что для улучшения заживления ран в рацион больным с дефицитом элемента следует добавлять цинк.