Химические вещества в организме человека

 

Химические вещества в организме человека

 

Многие учёные считают, что в  живом организме не только присутствуют все

химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую

функцию. Достоверно установлена роль около 30 химических элементов, без

которых организм человека не может нормально существовать. Эти элементы

называют жизненно необходимыми.

Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические и 6%-

на неорганические вещества. Основными  компонентами органических веществ

являются углерод, водород и  кислород, в их состав также входят азот, фосфор и

сера. В неорганических веществах  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. Учёные договорились, что если массовая доля элемента в

организме превышает 10^-2 %, то его следует считать макроэлементом.

Доля микроэлементов в организме  человека 10^-3–    10^-5%.

Если содержание элемента ниже 10^-5 %, его считают

ультрамикроэлементом.

КАЛЬЦИЙ

Большое содержание кальция в организме человека объясняется тем, что он в значительном количестве содержится в костях в виде гидроксофосфат кальция –Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ и его суточное  потребление составляет для взрослого человека 800-1200мг. Концентрация ионов кальция в плазме крови поддерживается очень точно науровне 9-11мг% и у здорового человека редко колеблется больше чем на 0,5мг%выше или нормального уровня, являясь одним из наиболее точно регулируемыхфакторов внутренней среды. Узкие границы, в пределах которых колеблетсясодержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двух гормонов –паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в крови приводит кусилению 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.

НАТРИЙ и КАЛИЙ

Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре.

Надёжно установлено что скорость диффузии ионов Na, и K через мембрану в покое

мала, разность их концентрации вне  клетки и внутри должна была в конечном итоге

выровняться, если бы в клетке не существовало специального механизма, который

обеспечивает активное выведение («выкачивание») из протоплазмы проникающих  в

неё ионов натрия и введение («нагнетание») ионов калия. Этот механизм получил

название натрий – калиевого насоса.

Для того чтобы сохранялась ионная асимметрия, натрий - калиевый насос  должен

выкачивать против градиента концентрации из клетки ионы натрия и нагнетать  в

неё ионы калия и, следовательно, совершать  определённую работу.

Непосредственным источником энергии  для работы насоса является расщепление богатых энергией фосфорных соединений – АТФ, которое происходит под влиянием

фермента – аденозинтрифосфатазы, локализованной в мембране и активируемой

ионами натрия и калия. Торможение активности этого фермента, вызываемое

некоторыми веществами и приводит к нарушению работы насоса. Интересно, что по

мере старения организма градиент концентрации ионов калия и натрия на границе

клеток падает, а при наступление  смерти выравнивается

    

ЖЕЛЕЗО

Несмотря на то, что содержание железа в человеке  массой 70кг не

превышает 5г и суточное потребление 10 – 15мг, оно играет особую роль в  жизни

 деятельности организм. Железо занимает совершенно особое место, так как на него не распространяется действие секреторной системы. Концентрация железа регулируется исключительно его поглощением, а не выделением. В организме взрослого человека около 65%

всего железа содержится в гемоглобине  и миоглобине, большая часть оставшегося

запасается в специальных белках (ферритине и гемосидерине), и только очень

небольшая часть находится в  различных ферментах и системах транспорта.

                      Гемоглобин и миоглобин.                     

     Гемоглобин выполняет в организме важную роль переносчика кислорода и

принимает участие в транспорте углекислоты. Общее содержание гемоглобина  равно

         700г, а  кровь взрослых людей содержит  в среднем около 14 – 15%.        

     Гемоглобин представляет собой сложное химическое соединение (мол. вес. 68

800). Он состоит из белка глобина  и четырёх молекул гема. Молекула гема,

содержащая атом железа, обладает способностью присоединять и отдавать

молекулу кислорода. При этом валентность  железа, к которому присоединяется

кислород, не изменяется, т. е. железо остаётся двухвалентным.

     Оксигемоглобин несколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому

артериальная кровь, содержащая оксигемоглобин, имеет ярко - алый цвет. Притом

тем более яркий, чем полнее произошло её насыщение кислородом. Венозная кровь,

содержащая большое количество восстановленного гемоглобина, имеет тёмно –

вишнёвый цвет.

     Метгемоглобин является окислительным гемоглобином, при образование

которого меняется валентность  железа: двухвалентное железо, входящее в молекулу

гемоглобина, превращается  в трёх валентное. В случае большого накопление в

организме метгемоглобина отдача кислорода тканям становится невозможной и

наступает смерть от удушения.

     Карбоксигемоглобин представляет собой соединение гемоглобина с угарным

газом. Это соединение примерно в 150 – 300 раз прочнее, чем соединение

гемоглобина с кислородом. Поэтому  примесь даже 0,1% угарного газа во вдыхаемом

воздухе ведёт к тому, что 80% гемоглобина оказываются связанными с окисью

углерода и не присоединяют кислород, что является опасным для жизни.

     Миоглобин. В скелетной и сердечной мышце находится миоглобин. Он способен

связывать до 14% общего количества кислорода  в организме. Это его свойство

играет важную роль в снабжение  кислородом работающих мышц. Если при сокращение

мышцы кровеносные капилляры её сжимаются и кровоток  в некоторых  участках мышцы

прекращается, в течение некоторого времени сохраняется снабжение  мышечных

волокон кислородом.

 

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 причин раковых заболеваний. В

некоторых случаях поражение легких раком у людей пожилого возраста врачи

связывают с возрастным понижением меди в организме. Многое известно и  о

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  после

подобной терапии означает, что  разрушение мозга является больше биологическим  процессом, нежели структурным.                        

 

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  идёт

медленно в следствии снижения синтеза белка и коллагена. Из этого следует, что

для улучшения заживления ран в  рацион больным с дефицитом элемента следует

 добавлять цинк.                                

 КРЕМНИЙ                             

 Кремний является также необходимым микроэлементом. Это было подтверждено

тщательным изучением питания  крыс с использованием различных  диет. Крысы

заметно прибавили в весе при  добавлении метасиликата натрия (Na₂

(SiO)₃ ^. 9H₂O) в их рацион (50мг на

100г). цыплятам и крысам кремний нужен для роста и развитие скелета. Недостаток

кремния приводит к нарушению структуры  костей и соединительной ткани. Как

выяснилось кремний присутствует в тех участках кости, где происходит активная

кальцинация, например в кости образующих клетках, остеобластах. С возрастом

концентрация кремния в клетках  падает.

О том, в каких процессах участвует  кремний в живых системах, известно мало.

Там он находится в виде кремневой  кислоты и, наверное, участвует в  реакциях

сшивки углеродов. У человека богатейшим источником кремния оказалась

гиалуроновая кислота пуповины. Она содержит 1,53мг свободного и 0,36мг

связанного кремния на один грамм.

   СЕЛЕН                              

Недостаток селена вызывает гибель клеток мышц и приводит к мускульной, в

частности сердечной, недостаточности. Биохимическое изучение этих состояний

привело к открытию фермента глутатионпероксидазе, разрушающей пероксиды

Недостаток селена ведет к уменьшению концентрации этого фермента, что  в свою

очередь вызывает окисление липидов. Способность селена предохранять от

отравления ртутью хорошо известна. Гораздо менее известен тот факт, что

существует корреляция между высоким  содержанием селена в рационе  и низкой

смертностью от рака. Селен входит в рацион человека в количестве 55 – 110мг в

год, а концентрация селена в крови  составляет 0,09 – 0,29мкг/см. При приёме

внутрь селен концентрируется  в печени и почках. Ещё один пример защитного

действия селена от интоксикации лёгкими  металлами является его способность

предохранять от отравления соединениями кадмия. Оказалось, что как и в случае с

ртутью, селен вынуждает эти  токсические ионы связываться с  ионными активными

 центрами, с теми, на которое их токсическое действие не влияет.        

 

МЫШЬЯК

Несмотря на хорошо известные токсические  действия мышьяка и его

соединений, имеются достоверные  данные согласно которым недостаток мышьяка

приводит к понижению рождаемости  и угнетению роста, а добавление в пищу

         арсенита  натрия привело к увеличению  скорости роста у человека.        

                            ХЛОР и БРОМ                           

Анионы галогенов отличаются от всех тем, что они представляют собой  простые, а

не оксо – анионы. Хлор распространён чрезвычайно широко, он способен

проходить сквозь мембрану и играет важную роль в поддержание осмотического

равновесия. Хлор присутствует в виде соляной кислоты в желудочном соке.

     Концентрация соляной  кислоты в желудочном соке  человека равна 0,4-0,5%.    

По поводу роли брома как микроэлемента существуют некоторые сомнения,

хотя достоверно известно его седативное действие.

ФТОР                              

 

Для нормального роста фтор совершенно необходим, и его недостаток приводит к

анемии. Большое внимание было уделено  метаболизму фтора в связи  с проблемой

кариеса зубов, так как фтор предохраняет зубы от кариеса.

Кариес зубов изучен достаточно подробно. Он начинается с образования  на

поверхности зуба пятна. Кислоты, вырабатываемые бактериями, растворяют под

пятном зубную эмаль, но, как ни странно, не с её поверхности. Часто  верхняя

поверхность остаётся неповреждённой до тех пор, пока участки под ней  не

окажутся полностью разрушенными. Предполагается, что на этой стадии фторид –

ион может облегчать образования  аппатита. Таким образом совершается

реминелизация начавшегося повреждения.

Фтор используют для предотвращения разрушений зубной эмали. Можно вводить

фториды в зубную пасту или же непосредственно обрабатывать ими  зубы.

Концентрация фтора, необходимая  для предотвращения кариеса, составляет в

питьевой воде около 1мг/л, но уровень  потребления зависит не только от этого.