|
Біологічна роль та застосування в медицині s та р – елементів
Натрій (Na). Один із основних катіонів живих організмів, необхідних для здійснення життєво важливих функцій. Натрій відіграє важливу роль в іонному балансі внутрішнього середовища живого організму. Впливає на стан м׳язової і серцево-судинної систем. Йони Натрію забезпечують сталу величину осмотичного тиску, а як компонент буферних систем – підтримують стале значеначення pH біологічних рідин. В тілі людини знаходиться у всіх тканинах, в основному в іонізованих формах. В медицині використовують хлорид натрію (ω= 0,9 % - фізіологічний розчин), натрію гідрокарбонат (сода). Солі Натрію в організмі знаходяться переважно в розчинному стані в плазмі крові, в лімфі, в лікворі, в травних соках. В клітинах Натрію значно менше, тому він зосереджується в позаклітинних зонах. Натрій відіграє важливу роль у затриманні води в організмі. Підраховано, що 1 г натрію може затримати до 25 г води. Калій (К). Відноситься до основних внутрішньо-клітинних катіонів, бере участь у ряді життєво важливих процесів. Деякі сполуки Калію використовують в хімікофармакологічній промисловості і в медицині. Солі Калію широко використовують в вигляді добрив. Загальний вміст Калію в організмі людини дещо більший від Натрію. Найбільше Калію міститься в печінці, нирках, серці, м’язах та мозку. В організмі людини вміст Калію становить 160-250г. Він міняється в залежності від віку, статі. В великих кількостях Калій знаходиться в рослинних продуктах, особливо в абрикосах, персиках, апельсинах, бананах, ананасах, картоплі, помідорах, капусті, моркві. Як препарати Калію в медицині використовуються органічні (калій ацетат, калій аспоролінат, калій оротат) і неорганічні солі калію(калій хлорид). Вони підтримують водний баланс, розподіл води, осмотичний тиск, кислотно-основну рівновагу, збудливість м׳язової і нервової тканин. Йони Натрію і Калію необхідні живим організмам для генерування біопотенціалів у нервовій системі, м’язах та секреторній тканині, а також для регулюванн роботи серцевого м’яза (міокарда). Йон Na+ є основним позаклітинним йоном, а К+ - внутрішньоклітинним. Концентація К+ всередині клітини в 35 раз більша, ніж у позаклітинній рідині, а Na+ , навпаки, - в 14 розів більша в позаклітинному середовищі, ніж в середині клітини. Такий нерівномірний розподіл йонів по відношенню до мембрани клітини є причиною виникнення біопотеціалів у клітинах. При збудженні змінюється проникність клітинної мембрани, і тому Na+ швидше переходить в середину клітини, ніж йони К+ на її поверхню. Це зумовлює виникнення додаткового заряду в середині клітини і від׳ємного назовні, тобто відбувається деполізація. За рахунок калій-натрієвої помпи, відбувається створення нервових імпульсів, та роботи регулювання серцевого м’яза. Наявність йонної помпи є головною причиною виникнення потенціалів у клітиних. Кальцій (Са). Володіє високою біологічною активністю, є основним структурним компонентом кісток скелета і зубів тварин і людини, а також важливим компонентом системи згортання крові. Кальцій є незамінним елементом в харчуванні людини. Сполуки Кальцію укріплюють захисні сили організму і підвищують йогоо стійкість до зовнішніх факторів і інфекцій. Вміст Кальцію в організмі дорослої людини становить близько 20г на 1 кг ваги людини. Основна частка знаходиться в кістковій і хрящовій тканинах і в зубах. При хронічній недостатності Кальцію (рахіт, остеоміляція) використовують препарати Кальцію в комбінаціх з вітаміном Д. Недостатність може виникнути при великому його розході (ріст, лактація, вагітність), а також при харчовому розладі з недостатньою кількістю кальцію (картопля, хліб, м׳ясо). В цих умовах препарати Кальцію приймаються профілактично або додаються в харчові продукти (кальцій хлорид, кальцій глюконат, кальцій лактат, кальцій гліцерофосфат). В зв׳язку з тим, що Кальцій бере участь в обміні речовин в кістковій тканині і зубах, його приймають для покращення зрощення переломів, профілактики карієсу. Магній (Mg). Магній є одним із важливих біоелементів, служить активатором багатьох ферментативних процесів (регулює реакції фосфорного обміну, гліколізу, багато етапів синтезу білків, жирних кислот і ліпідів, синтез і розпад нуклеїнових кислот); потрібний для нормального функціонування нервової і м׳язової тканин. Сполуки Магнію, а особливо його солі, використовуються в медицині у вигляді лікарських препаратів. В організмі здорової людини міститься близько 20 г магнію. Половина знаходиться в кістках, 1/3 – в м‘язах, решта – в біологічних рідинах, особливо в крові. Добова потреба Магнію становить приблизно 300 мг і повністю задовільняється за рахунок продуктів харчування. В залежності від розчинності в воді лікарські препарати Магнію ділять на 2 групи: добре розчинні (магній сульфат, магній тіосульфат, магній аскорбінат) і практично нерозчинні (магній карбонат, магній трисилікат). На ЦНС препарати Магнію добре розчинної групи діють пригнічено, викликаючи снодійний, наркотичний і протисудорожний ефект. На серцево-судинну систему препарати Магнію викликають гіпотензійний ефект. Також зменшують протиударний і хвилинний об׳єм серця, пригнічують дихання, знижують тонус скелетної мускулатури. Ці ефекти проявляються при парантеральному введенні. Препарати Магнію практично нерозчинні в воді призначаються в основному для прийому в середину. Токсична дія препаратів проявляється пригніченням ЦНС і дихання, зниженням тонуса скелетної мускулатури. Карбон (С) Елемент-органоген, що входить до складу молекул усіх найважливіших речовин, які забезпечують структуру і функції кліток - білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів. Карбону дуже мало в земній корі(0,02%), але багато в людському організмі(23%). В порівнянні із Si навпаки: в земній корі Силіцій дуже поширений(27%),а в людському організмі його дуже мало. У природі найбільш поширеним оксидом Карбону є СО2, у воді утворює дуже слабку карбонатну кислоту, яка легко розкладається СО2 + Н2О = Н2СО3
Оксиген (О) Основний біогенний елемент, що входить до складу молекул усіх найважливіших речовин, що забезпечують структуру і функції кліток - білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів, а також безлічі низькомолекулярних сполук. У кожній рослині чи тварині Оксигену набагато більше, ніж будь-якого іншого елемента (у середньому близько 70%). М'язова тканина людини містить 16% Оксигену, кісткова тканина - 28.5%; усього в організмі середньої людини (маса тіла 70 кг) міститься 43 кг Оксигену. Фосфор (Р). Входить в склад важливих біогенних сполук: нуклеотидів, нуклеїнових кислот, фосфоліпідів, ряду вітамінів. Бере участь в різних метаболічних процесах і відіграє важливу роль в життєдіяльності всіх живих організмів. Вміст Фосфору в крові є одним із важливих показників складу мінерального обміну і одним із основних діагностичних при знаків ряду захворювань і патологічних станів, таких як рахіт, спазмофілія, гіпопаратиреоз, гіперпаратериоз, синдром Лейвуда-Олбрайта. В тілі людини знаходиться приблизно 1% Фосфору, але в перерахунку на суху вагу – 2,5%. Приблизно 80-87% всього Фосфору, який є в організмі людини, знаходиться в скелеті, близько 0,2% - в крові. В живих організмах Фосфор п׳ятивалентний і входить головним чином до складу фосфатів і в меншій степені – в склад піро- і поліфосфатів. Велика кількість Фосфору міститься в апатиті (флуорфосфаті кальцію) зубів. Розчинний Фосфор в організмі входить до складу неорганічних речовин (фосфати калію і натрію) і деяких органічних сполук. Найціннішими джерелами легкозасвоюваного Фосфору є яйця (особливо жовток), печінка, м׳ясо, молоко, сир, боби, горох. З точки зору клінічного дослідження важливим є визначення Фосфору в крові і сечі. В крові розрізняють 2 фракції Фосфору: кислотно розчинний Фосфор і кислотно нерозчинний. В медичній практиці препарати Фосфору мають органічне призначення. Для практичних цілей використовують препарати, які доставляють в організм Фосфор або полегшують його доставку. Інколи достатнім є введення в харчовий режим продуктів з високим вмістом Фосфору, наприклад риби. Серед препаратів Фосфору розповсюдженими є аденозинтрифосфатна кислота, фітин, кальцій гліцерофосфат. Препарати Фосфору в малих дозах посилюють ріст і розвиток кісткової тканини, стимулюють кровообіг, гальмують окисні процеси, беруть участь в обміні речовин. Сульфур, S(Сірка). Відноситься до біогенних органічних елементів, постійно входить до складу живих організмів і відіграє важливу роль в обміні речовин. В медицині сірка використовується як лікарський препарат, а в сільському господарстві – для боротьби з шкідниками і хворобами рослин. У людин і тварин особливо багато сірки міститься в кератині волосся, і шерсті, в тканинах нервової системи, хрящах, кістках. В організмі людини Сульфур поступає з їжею. В процесі обміну речовин вона переходить в більш оскислену форму, кінцевими продуктами цього процесу є сульфати, які в печінці знезаражують токсичні продукти метаболізму – феноли. Із організму Сульфур виводиться з сечею і калом. До препаратів, які використовуються в медичній практиці, відносять лікарські засоби, які містять елементарий Сульфур, який сам по собі в фармакологічному відношенні практично неактивний. Однак при взаємодії елементарного Сульфуру з деякими органічними речовинами, в організмі утворюються сполуки, які володіють фармакологічним ефектом. В якості препаратів Сульфуру використовують очищену і осаджену сірку. Для зовнішнього вживання випускають очищену сірку, наприклад пасту сірко-цинко-карталонну. Флуор (F) Флуор відноситься до біомікроелементів і відіграє значну роль в розвитку і мінералізації кісток зубів. У крові людини місткість Флуору коливається в межах 0,03- 0,07%. Значно більше його є в кістках (10-30 %) і особливо багато є в зубах (в емалі 120- 150 мг, в дентині близько 50 мг). В медицині деякі флуоромісткі сполуки зустрічаються, як лікарські засоби, вони використовуються для наркозу, в якості кровозамінників. В кістках і зубах Флуор знаходиться в нерозчиненому вигляді флуор кальцієвої солі, фосфатної кислоти флуор апатита. Хлор (Cl). Іони Хлору беруть участь у регуляції водно-сольового обміну в організмі, відіграють важливу роль в процесі транспорту іонів через біологічні мембрани і в утворенні біоелектричних потенціалів. Газоподібний Хлор або хімічні сполуки, які містять Хлор в активній формі, використовують для знезараження питної води. Сам Хлор і багато хлоровмісних сполук токсичні. Добова потреба людини в іонах Хлору становить приблизно 215 ммоль. Основним джерелом поступання Хлору з іжею є харчова сіль. Виділення Хлору з організму відбувається з сечею і потом. В медичній практиці препарати хлору використовують як дезинфікуючі і антисептичні засоби. В якості таких засобів використовуються хлороактивні сполуки: хлорна вода, гіпохлорити калію, літію, хлоропохідні ізоціанурової кислоти і її солі. В якості антисептиків використовують антиформін, хлорумін Б, пантоцид, хлорне вапно. Бром (Br) Найбільший вміст Брому відзначають в мозковій речовині, нирках, щитовидній залозі, тканині головного мозку, гіпофізі. Бром входить до складу шлункового соку, впливаючи (поряд з хлором) на його кислотність. Добова потреба в Бромі становить 0,5-2 мг. Основними джерелами Брому в харчуванні людини є хліб і хлібопродукти, молоко та молочні продукти, бобові. У нормі в плазмі крові міститься близько 17 ммоль / л Брому (близько 150 мг / 100 мл плазми крові). Бром при надмірному накопиченні пригнічує функцію щитовидної залози, перешкоджаючи вступу в неї Йоду. Солі Брому здійснюють гальмівну дію на ЦНС, активують статеву функцію, збільшуючи обсяг еякулята і кількість сперматозоїдів в ньому. Йод (J) В організмі людини міститься близько 25 мг Йоду, з яких 15 мг — у щитовидній залозі. Йод входить до складу гормону щитовидної залози — тироксину. Крім того, в невеликій кількості він завжди є в крові, що необхідно для нормальної функції щитовидної залози. Добова потреба в Йоді дорівнює приблизно 100 мікрограмам, або менше 1 мікрограму на 1 кг ваги тіла. При недостатності Йоду у воді i їжі послаблюється функція щитовидної залози i замість залозистої тканини розростається сполучна тканина, утворюючи досить значні нарости на передній поверхні шиї. В зв'язку з цим i захворювання має назву зобної хвороби. Території нашої області – це ендемічні зони, в яких мало Йоду у воді. Профілактика дозволяє уникати цього небезпечного захворювання. Cелен (Se) Селен здійснює на організм антигістамінну, антиалергенну, антитератогенну, антиканцерогенну, радіопротекторну, детоксикаційну й інші дії. Мікроелемент гальмує старіння організму, підтримує еластичність тканин, бере участь у детоксикації солей важких металів (кадмію, ртуті, арсену, свинцю, нікелю), хлорорганічних сполук, елементного фосфору та інсуліну. Сполуки мікроелемента підвищують світлочутливість сітківки ока, стимулюють активність неспецифічних чинників імунітету. З дефіцитом Селену в організмі пов`язують патогенез атеросклерозу, панкреатиту, артриту, гематозу, інших захворювань. Заняття №1 Тема: Біогенні s-елементи; біологічна роль, застосування в медицині. Актуальність теми: Всі організми, їх тканини і органи містять в тій чи іншій кількості всі відомі хімічні елементи. Маса людського організму на 96% складається з чотирьох елементів (C, H, O, N); ще 3% складають Ca, P, K, S. Тільки 1% маси припадає на I, Fe, Na, Cl, Mg, Cu, Mn, Co, Zn і інші елементи. s-елементи застосовуються як фармакопейні препарати: Навчальні цілі: Знати: Класифікацію хімічних елементів, що складають організм людини; макро- і мікроелементи; особливості хімічних властивостей s-елементів пов’язані з будовою їх атомів; біороль і застосування в медицині сполук s-елементів; аналітичні реакції на катіони s-елементів. Вміти: проводити якісні реакції на окремі s-елементи (реакції на полум’я йонів K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+; дія розчину хромату калію на Sr2+, Ba2+);
Самостійна позааудиторна робота студентів. 1. Загальні відомості про біогенні елементи. Якісний та кількісний вміст біогенних елементів в організмі людини. 2. Макро-, мікроелементи та домішкові (ультрамікроелементи). Органогени. 3. Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в довкіллі. 4. Електронна структура та електронегативність s- елементів. 5. Типові хімічні властивості s- елементів та їх сполук. 6. Аналітичні реакції йонів K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+. 7. Біологічна роль Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba. 8. Застосування сполук s-елементів в медицині. Лікарські препарати, що містять s-елементи. 9. Токсична дія сполук. Контрольні питання. 1. Що таке біогенні елементи, макро- і мікроелементи? 2. Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в довкіллі. 3. Як за зміною забарвлення полум’я визначити присутність s-елементів у зразку? 4. Якими якісними реакціями можна визначити присутність K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+. 5. Природні сполуки s-елементів, їх роль в організмі людини і застосування в медицині. 6. Біороль K+, Na+ в організмі. 7. Біороль Mg2+, Ca2+ в організмі. 8. Сполуки s- елементів, які застосовуються як медичні препарати, для рентгенодіагностики. Поняття про фізіологічний розчин. 9. Напишіть рівняння реакцій за схемою перетворень: Ca®CaO®Ca(OH)2®CaCO3®Ca(HCO3)2 Na2O®Na2SO3®Na2SO4®NaCl Ba®Ba(OH)2®BaCO3®BaSO4 Самостійна робота на занятті. Виконати лабораторні роботи: 1. Реакції на полум’я. 2. Характерні реакції Ba2+, Sr2+. |
|
|