Химические элементы и здоровье человека Исследованиями В

Химические элементы и здоровье человека

Исследованиями В. И. Вернадского, А. П. Виноградова, В. В. Ковальского и др. изучена взаимосвязь между содержанием химических элементов (в почве, воде, воздухе, пище) и процессами эволюции и состояния биосферы в целом и человека в частности. Для биосферы и человека в той или иной степени важны все без исключения химические элементы. Воздействие на организм оказывает как избыток химического элемента, так и его недостаток. Это положение следует рассматривать отдельно для воздуха, воды, почвы, рациона питания

Предлагается много классификаций элементов: - По их токсичности - По их биофильности - По их воздействию на различные органы и по заболеваниям - И др. Bowen H. J. (1966) предложил классифицировать элементы для почв: - Чрезвычайно токсичные - Среднетоксичные - Слаботоксичные (Bowen, H. J. Trace Elements in Biochemistry, Academic Press, New York, 1966)

В ГОСТ 17. 4. 1. 02 -83 выделены группы элементов по токсичности в почвах: Класс опасности Элементы 1 As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn, F, бенз(а)пирен 2 3 B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон

Очень важными являются следующие обстоятельства: - Механизмы поступления в организм химических элементов (дыхание, кожный покров, с пищей) - Форма поступления (газовая, жидкая, твердая, степень окисления металлов, характер соединений (соль, кислота, основание, органические соединения).

Брукс Р. Р. , 1982 г. Обобщил данные по механизму воздействия химических элементов на биоту: - Степень толерантности ферментов к воздействию токсичных элементов зависит от электроотрицательности последних.

- Замещение основных питательных веществ. Нехватка P и N в растениях может быть связана с замещением As и Cl участков, принадлежащих фосфату и нитрату. - Выпадение в осадок питательных веществ. Нехватка P может быть связана с тем, что Al, Be, Ti легко осаждают фосфаты и они становятся недоступными растениям. - Каталитическое разложение основных питательных веществ и метаболитов. - Реакция присоединения к мембране клетки и уменьшение ее проницаемости (Cu, Sn, Pb, Hg) - Замещение структурно-значимых элементов в клетке. Na замещается Li, Cl замещается Br. Они уже не играют ту физиологическую роль. Sr может замещать Ca в костях и др.

Природная среда территорий некоторых географических регионов обладает своеобразием химического состава, что определяет неоднородность химического элементного состава всех компонентов ее биосферы – воды, флоры, фауны. Такие территории называются биогеохимическими провинциями. Избыток или недостаток необходимых организму человека химических элементов в питьевой воде и продуктах питания, производимых на таких территориях, могут стать причиной развития целого ряда патологических состояний. Заболевания, возникающие в результате того, что в окружающей среде (почве, воде, воздухе, растительной и животной пище) имеет место избыток или недостаток микроэлементов, носят название эндемических.

Биологические микроэлементные эндемии – это болезни, постоянно существующие на ограниченной территории и связанные с ее климатогеографическими особенностями, в том числе биогеохимическими и техногенными факторами. Насчитывается около 27 из 92 химических элементов, которые являются необходимыми для некоторых форм жизни. Это С, Н, О, N, Ca, S, P, K, Na, Cl, Mg, называемые макроэлементами, а также 16 элементов, относимых к микроэлементам: Fe, I, Cu, Zn, Mn, Co, Ni, Mo, Se, Cr, F, Sn, Si, As, V, B. Микроэлементами принято считать те химические элементы, которые содержатся в тканях и жидкостях организма в очень малых концентрациях (10 -3…. 10 -12%). Проявления патологии у человека, связанной с концентрацией микроэлементов во внешней среде, разнообразны, т. е. заболевания и синдромы, в этиологии которых главную роль играет недостаток или избыток в организме человека микроэлементов или их дисбаланс, в том числе аномальные соотношения микро и макроэлементов.

Недостаток химических элементов ведет к нарушению обмена веществ, понижению жизнедеятельности клеток, тканей и всего организма. Возникают заболевания, которые можно лечить только введением в организм недостающего количества данных химических элементов. Не только недостаток, но и избыток микроэлементов может вызвать патологические изменения в организме, порою даже опасные для жизни. Например, недостаток Co грозит малокровием, а избыток его ведет к отравлению организма с самыми тяжелыми последствиями. Малое содержание F в питьевой воде (менее 0, 5 мг/л) ведет к возникновению кариеса зубов, а его избыток (более 1, 2 мг/л) — возникновению крапчатости эмали и разрушению зубов.

От количества микроэлементов в организме зависит развитие многих заболеваний. Так, при недостатке Fe в организме развивается анемия, I — эндемический зоб и т. д. Установлено, что имеется определенная закономерность между ростом опухолей и содержанием в них микроэлементов, между содержанием Ba в кроветворных органах и лейкозом и т. д. Вот почему растения, содержащие макро- и микроэлементы, используются для лечения многих заболеваний, вызванных их недостатком в организме. Например, растения, богатые I, употребляют при болезнях щитовидной железы (морская капуста, дурнишник, плоды фейхоа и др. ), а растения, богатые Fe (яблоки, сливы, дыни, шиповник и др. ), Cr (плоды черники, листья подорожника, корень алтея) и Co (цветки бессмертника, чага и др. ), используются при анемиях.

Так, Cu стимулирует выработку гормонов гипофиза. Она активно участвует в процессах тканевого дыхания, обмена веществ и совместно с Fe, Co и Mn в образовании крови. Кобальт необходим для образования витамина В 12, Mn — витамина С. Хром, Mo, Cu, Co и Zn нужны для построения ферментов. Co входит также в состав гормона поджелудочной железы — инсулина. Йод — составная часть гормона щитовидной железы. Деятельность нервных клеток головного мозга сопровождается определенными сдвигами в них микроэлементов. Поскольку химические элементы растений чаще всего связаны с их биологически активными веществами (витаминами, гормонами, ферментами и т. п. ), то они усваиваются человеческим организмом значительно лучше, чем химически чистые препараты. Zn должен поступать ежедневно в количестве 5÷ 10 мг, Cu – 2÷ 2, 5 мг, Mo - 0, 5 мг, Se - 0, 5 мг, Co - 0, 1÷ 0, 2 мг, Cr - 0, 2÷ 0, 25 мг, Na - 4÷ 6 г, K - 2, 5÷ 5 г.

Ртуть - это токсичный элемент, относящийся к первому классу опасности. В большинстве случаев ртуть попадает в организм человека в виде пара или пыли через легкие или в виде соединений через желудочно-кишечный тракт. Соединения ртути хорошо растворяются в липидах, поэтому легко проникают через альвеолярную мембрану, стенку кишечника, кожу, плацентарный барьер. В результате постоянного поступления ртути в организм происходит ее накопление во всех органах и тканях, особенно в мозге, почках, легких, печени и сердце. Обратный процесс – выведение ртути из организма происходит медленно и неравномерно. В основном ртуть выводится из организма через почки.

Известны заболевания в результате отравления ртутью: Одно из самых массовых отравлений ртутью произошло в Японии в начале 50 -х. На острове Кюсю в городе Минамата работал химкомбинат, сливавший отходы в море. Тысячи японцев отравились и умерли, используя в пищу моллюсков и рыб, выловленных в заливе. Теперь эту болезнь называют - "болезнь Минамата". Самое страшное - она поражает генный аппарат и передается по наследству.

Соли фтора. Сравнительно большое их количество сосредоточено в тканях зубов (особенно в эмали). Снижение концентрации фтора в питьевой воде может стать причиной появления кариеса (обычно содержание его колеблется от 1 до 1, 5 мг/л). Предельно допустимая концентрация солей фтора в питьевой воде, установленная санитарным законодательством России, составляет 1, 5 мг/л. Даже небольшое увеличение может приводить к заболеванию зубов — флюорозу. Суточная потребность взрослого человека во фторе — 0, 5— 1 мг.

Йод. Систематический недостаток его в пище становится причиной возникновения эндемического зоба — увеличения щитовидной железы. Заболевание это распространено в основном в горных местностях, где почвы бедны йодом. Для профилактики эндемического зоба в этих районах в пищу вводят небольшие количества йода (обычно в соль). Недостаток йода в организме ведет к снижению образования гормона щитовидной железы тироксина, стимулирующего обменные процессы. В результате снижается их интенсивность. Много йода содержится в морской капусте и других продуктах моря, поэтому они могут быть рекомендованы для профилактики эндемического зоба, а также при понижении функции щитовидной железы и для профилактики атеросклероза в пожилом возрасте. Суточная доза йода — 0, 1— 0, 2 мг.

Соли кальция. Их в нашем организме больше, чем какихлибо других минеральных веществ. Так, из 3, 5 кг минеральных солей, содержащихся в нас, на долю солей кальция приходится более килограмма. Около 98% кальция содержится в костях и зубах. Соли кальция в комплексе с фосфатами и фторидами образуют минеральную основу костной ткани и зубов. Кальций также является активатором ряда ферментов. Он необходим и для нормальной возбудимости нервной системы и сократимости мышц. Так, приступы судорог, наблюдаемые при заболевании паращитовидных желез, связаны с резким падением содержания кальция в крови. Соли кальция благоприятно влияют на деятельность сердца, уменьшают воспалительные процессы. Кальцием особенно богаты щавель и шпинат. Особенно нуждаются в солях кальция женщины во второй половине беременности и дети.

Нарушения фосфорно-кальциевого обмена могут быть связаны как с их собственной, так и с витаминной недостаточностью, а также с эндокринными расстройствами. Они лежат в основе таких заболеваний, как рахит, остеопороз и т. п. Потребность беременных и кормящих женщин составляет до 2 г кальция в день, детей и подростков до 1 -1, 2 г, а взрослых — около 0, 8— 1 г в день. За 10— 12 лет костная ткань полностью обновляется, поэтому организм нуждается в ежедневном пополнении кальцием. Кальций в сочетании с другими солями (особенно с фосфатами и магнием), а также при достаточной обеспеченности организма витамином D усваивается лучше. Наиболее благоприятное соотношение кальция к фосфору 1: 1, 5— 2. Коровье молоко является прекрасным источником легкоусвояемого кальция. Много его также в сыре, яичных желтках, ржаном хлебе.

Растения, не подвергшиеся тепловой обработке при высокой температуре, являются источниками живого органического кальция, который хорошо растворяется в воде, полностью усваивается и совершенно необходим человеку. С термически же обработанной пищей мы получаем неорганические соли кальция, причем нередко образуется их избыток. Со временем они становятся причиной образования песка и камней в почках, желчном пузыре и других органах, появляются болезненные очаги в суставах и сочленениях (например, остеохондроз), свидетельствующие о накоплении в организме неорганического кальция, который наш организм не в состоянии вывести. Помимо этого, могут расширяться и уплотняться вены, возникают геморроидальные шишки, сгущается кровь и т. д. Растения, употребляемые в свежем виде, способствуют растворению неорганического кальция, поступлению его в ток крови и лимфы и

Соли фосфора. Они участвуют в образовании костей и зубов. Весьма значительную роль играют такие органические соединения фосфора, как аденозинтрифосфорная кислота и креатинфосфат. Они являются аккумуляторами энергии, освобождающейся в процессе биологического окисления. В организме имеется много соединений фосфора. Остатки фосфорной кислоты входят в жироподобные вещества — фосфатиды, различные производные углеводов, обнаружены они также в косточных ядрах. Потребность в фосфатах составляет 1, 2— 1, 5 г в сутки. При интенсивной мышечной нагрузке она почти вдвое возрастает. Хорошим источником фосфора являются сыр, творог и мясо. Значительное количество фосфора содержится и в растительных продуктах.

Соли магния. Они действуют успокаивающе на нервную систему, усиливают процессы торможения в коре головного мозга, снижают уровень холестерина в крови, уменьшают спазм гладкой мускулатуры. Недостаток солей магния ведет к нарушению нормальной возбудимости нервной системы и сокращению мышц. Обмен магния тесно переплетается с обменом фосфора. Так, соли магния активируют ферменты, участвующие в превращениях органических соединений фосфора. Суточная потребность в солях магния — 0, 3— 0, 5 г для взрослого человека. Хлеб и крупы являются главными источниками солей магния.

Железо и его соединения. Особенно много железа в эритроцитах. Однако они обновляются через 3 месяца. Поэтому нашему организму нужно постоянное пополнение железа (примерно 15 -20 мг в сутки). Оно необходимо не только для образования новых красных кровяных шариков, но и для поддержания других физиологических функций организма (железо, например, входит в состав некоторых окислительных ферментов). Железом богаты печень, легкие, мясо, персики, яблоки, дыни, сливы, ржаной хлеб, цветная капуста, картофель, грибы.