Шпаргалки по "Неорганической химии"

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.

Однако необходимо помнить, что для организма вре–ден  не только недостаток, но и избыток  биогенных эле–ментов, так как  при этом нарушается химический го-меостаз.

Минеральные компоненты, которые  в ничтожно ма–лых количествах являются жизненно необходимыми, при более  высоких концентрациях становятся токсич–ными.

Ряд элементов (серебро, ртуть, свинец, кадмий и др.) считаются токсичными, так как попадание их в орга–низм  даже в микроколичествах приводит к  тяжелым па–тологическим явлениям.

Широко используются различные  элементы и их сое–динения в качестве лекарственных средств.

Таким образом, изучение биологической  роли хими–ческих элементов, выяснение  взаимосвязи обмена этих элементов  и других биологически активных веществ (ферментов, гормонов, витаминов) способствует соз–данию новых лекарственных  препаратов и разработке оптимальных  режимов их дозирования как с  лечеб–ной, так и с профилактической целью.

35. S-элементы и  их соединения 

Вода – одно из самых  важных и распростра–ненных на Земле  соединений водорода. Водное про–странство  занимает почти 75% поверхности земного  шара. В организме взрослого человека в среднем со–держится 65—67% воды, у плода (4-месячных) – 94%, у новорожденных  – 74%.

Все химические реакции в  организме протекают толь–ко  в водной среде. Жизнь без воды невозможна.

Дистиллированная вода –  фармакопейный препарат.

В медицинской практике находит  применение еще одно соединение водорода – пероксид водорода Н2 02 . Это соединение является важным побочным продуктом метаболизма.

Пероксид водорода – бесцветная, прозрачная жид–кость. При попадании  на кожу и слизистые вызывает жжение. Молекула Н₂О₂ полярна. Наличие неподелен-ных пар электронов у атомов кислорода делает возмож–ным образование донорно-акцепторных связей перокси-да водорода с лигандами – акцепторами электронов.

Степень окисления кислорода  в Н₂О₂ равна 1 , т. е. имеет промежуточное значение между степенью оки–сления кислорода в воде (-2) и в элементном кислороде O₂ . Из этого следует, что пероксид водорода может про–являть как свойства окислителя, так и свойства восста–новителя (окислительно-восстановительная двойствен–ность). Однако, судя по стандартным окислительно-восстановительным потенциалам полуреакций, для пероксида водорода более характерны окислительные свойства.

Чистый пероксид водорода термодинамически неста–билен и  при стоянии разлагается со взрывом  на воду и кислород с выделением большого количества теплоты.

Водные растворы пероксида  водорода более устойчивы, в прохладном месте они могут сохра–няться длительное время. В продажу пероксид водо–рода обычно поступает в  виде 30%-ного водного раст–вора –  пергидроля.

Сопроцесс разложения пероксида  водорода значи–тельно ускоряется в  присутствии солей тяжелых ме–таллов. Катализируемое ионом металла разложение пероксида водорода может приводить  к образованию радикалов, наиболее важными из которых являются гидроксидный НО и гидропероксидный.

Токсичность связана с  тем, что Н₂О₂ и О₂ взаимо–действуют с липидным слоем клеточных мембран и по–вреждают их.

В медицинской практике пероксид водорода приме–няют в основном как  наружное бактерицидное средст–во. Действие Н₂О₂ основано на окислительной способ–ности пероксид водорода и безвредности продукта его восстановления – воды.

При обработке ран выделяющийся кислород играет двойную роль:

1) оказывает противомикробное, дезодорирующее и депигментирующее  действие, убивая микробные тела;

2) образует пену, способствуя  переходу частиц ткане–вого распада  во взвешенное состояние и  очище–нию ран.

В качестве фармакопейного препарата используется 3%-ный водный раствор пероксид водорода, 6%-ный  раствор пероксида водорода применяется  для обес–цвечивания волос. В  виде 30%-ного раствора перок-сид водорода применяется при лечении бородавчатой формы красного плоского лишая и  для удаления юно–шеских бородавок.

36. Биологическая  роль s-элементов IА-группы (литий,  рубидий, цезий, франций) 

По содержанию в организме  человека натрий (0,08%) и калий (0,23%) относятся  к макроэлементам, а остальные  щелочные металлы – литий (10^-4%), рубидий (10^-5%), цезий (10^-4%) – к микроэлементам.

Литий

Содержание лития в  организме человека около 70 мг (10 ммоль) – 10-4%. Соединения лития у высших жи–вотных концентрируются в  печени, почках, селезенке, легких, крови, молоке. Максимальное количество ли–тия найдено в мышцах человека. Биологическая  роль лития как микроэлемента  пока до конца не выяснена.

Доказано, что на уровне клеточных  мембран ионы Li (при достаточной  концентрации) конкурируют с иона–ми  натрия при проникновении в клетки. Очевидно, за–мещение ионов Na в клетках  ионами Li связано с боль–шей ковалентностью соединений лития, вследствие чего они  лучше растворяются в фосфолипидах.

Установлено, что некоторые  соединения лития оказы–вают положительное  влияние на больных маниакальной депрессией. Всасываясь из желудочно-кишечного  трак–та, ионы Li накапливаются в  крови. Когда концентрация ионов Li достигает 0,6 ммоль/л и выше, происходит сни–жение  эмоциональной напряженности и  ослабление ма–ниакального возбуждения. Вместе с тем содержание ионов Li в плазме крови нужно строго контролировать. В тех случаях, когда концентрация ионов Li превышает 1,6 ммоль/л, возможны отрицательные явления.

Рубидий и цезий

По содержанию в организме  человека рубидий (10^-5%) и цезий (10^-4%) относятся к микроэлементам. Они пос–тоянно содержатся в организме, но биологиче-с-кая роль их еще не выяснена. Являясь полным аналогом калия, рубидий также накапливается во внут–риклеточной жидкости и может в различных процессах замещать эквивалентное количество калия.

Радиоактивные изотопы  ^13rCs и ⁸⁷Rb используются в радиотерапии злокачественных опухолей, а также при изучении метаболизма калия. Благодаря быстрому рас–паду их можно даже вводить в организм, не опасаясь длительного вредного воздействия.

Франций

Это радиоактивный химический элемент, получен–ный искусственным  путем. Имеются данные, что фран–ций способен избирательно накапливаться  в опухолях на самых ранних стадиях  их развития. Эти наблюдения могут  оказаться полезными при диагностике  онколо–гических заболеваний.

Таким образом, из элементов IA-группы физиологи–чески активны Li, Rb, Cs, a Na и К – жизненно необходи–мы. Близость физико-химических свойств Li и Na, обус–ловленная сходством электронного строения их атомов, проявляется и  в биологическом действии катионов (накоп–ление во внеклеточной жидкости, взаимозамещаемость). Аналогичный характер биологического действия катионов элементов  больших периодов – К⁺, Rb⁺, Cs⁺ (накопление во внутриклеточной жидкости, взаимозамещаемость) также обусловлен сходством их электронного строения и физико-химических свойств. На этом основано применение пре–паратов натрия и калия при отравлении солями лития и рубидия.

37. Биологическая  роль s-элементов IА-группы (натрий, калий) 

Содержание натрия в организме  человека массой 70 кг составляет около 60 г (2610 ммоль) – 0,08%. Из этого количества 44% натрия находится во внеклеточной жид–кости и 9% – во внутриклеточной. Остальное количест–во натрия находится  в костной ткани, являющейся местом депонирования иона Na в организме. Около 40% натрия, содержащегося в  костной ткани, участвует в обменных процессах, и благодаря этому  скелет яв–ляется либо донором, либо акцептором ионов Na, что способствует поддержанию постоянства концентрации ионов Na во внеклеточной жидкости.