Біологія

Вплив  металів на життєдіяльність організму людини

•       Людина і метали

Найважливіші функції живих організмів, наприклад, спадковість, рух, відчуття, імунітет, енергетика та інші, за словами академіка Енгельгардта, залежать від наявності в організмі металів-мікроелементів. 

 Кількість металів, яких називають металами життя, в організмі досить мала, але їх присутність необхідна. 

Належать вони до макроелементів (K, Ca, Mg, Fe, Na) і їхня концентрація перевищує 10-3 %.Природа створила людину з елементів, які зустрічаються в земній корі, у водах Світового океану й у Космосі.

•       Метали в організмі

Відповідно до функцій в організмі, тобто за життєвою необхідністю, метали, що належать до мікроелементів, класифікують на такі групи:

•   есенціальні (незамінні фактори живлення)Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Se, Mn; ;
•   неесенціальні (необов'язкові для життєдіяльності людини)As, В, Br, F, Li, Ni, V, Si; ;
•   токсичні (отруйні)Al, Cd, Pb, Hg, Be, Ba, Vi, Tl;
•   потенційнотоксичні — Ge, Au, In, Rb, Ag, Ti, Ті, U, W, Sn, Zr.

  Калій

•       Калій життєво необхідний таким  структурам організму як: кров,  мускулатура, кісткова  тканина, печінка, мозок, серце, нирки.

•       Добова потреба у калії - 2 г. Токсична доза - 6 г. Основні прояви організму, спричинені надлишком калію: аритмія, нейроциркуляторна дистонія, схильність до розвитку цукрового діабету та ін.

•       Калій регулює діяльність  м'язових тканин, в т.ч. серцевих, кислотність шлункового соку. 

Натрій

 

•       Добова потреба натрію – 4-6 г для організму дорослої людини.

•       Натрій підтримує осмотичний тиск і кислотно-лужний баланс, подразнює нервово-м'язові клітини, бере участь у водообміні.

•       А іон натрію разом з іоном калію бере участь в генеруванні біохімічних струмів, що дають енергію для постачання поживних речовин в клітини через бар’єр, який утворює клітинна оболонка: калієво-натрієвий насос.

Калій, натрій

•       Іони натрію і калію маючи різний потенціал, створюють умови для проходження нервових імпульсів.

•       Наявністю рівноваги між іонами натрію і калію забезпечується нормальна робота серця, судин, реакція крові, нормальний тиск крові в артеріях, нормальна провідність нервових імпульсів.

•       Їжа, багата на іони калію, – це курага, картопля, ізюм, черешні, бобові рослини.

•       Іони натрію потрапляють в організм з продуктами тваринництва. 

•       Калій і натрій можна назвати металами-близнюками – порушення балансу між ними приводить до захворювання серцево-судинної системи  (ішемічної  хвороби серця, інфаркту міокарда, гіпертонії), порушення в роботі нирок.

•       У природі обидва метали дуже поширені. Вони зустрічаються і в грунті, і в морськів воді. Для рослин солі калію є необхідним компонентом родючого грунту.

Кальцій

•       За своєю біологічною властивістю кальцій  не має собі рівних не тільки серед металів, але й серед інших хімічних елементів.                                  

•       Кальцій міститься в усіх тканинах і рідинах  організму людини, тварин і рослин.

•       Іони кальцію потрібні практично в усіх процесах, які відбуваються в клітинах, активізують дію багатьох ферментів, сприяють згортанню крові, регулюють проникливість клітинних мембран, стимулюють передачу нервових імпульсів, виступають основними ланками механізму м’язового скорочення.

 •       Кальцій потрібен таким органам як: зуби, кісткова тканина, серце, нирки. В крові дорослої людини кальцію 5-7 мг %.

•       Велика кількість його міститься у: молоці і молочних продуктах. В 100 мл коров‘ячого молока – 100-130 мг кальцію.

•       Порушення його обміну викликає ряд порушень. У дорослих потреба кальцію –  8 мг на 1 кг, у вагітних – 24 мг, у дітей – 50мг.

•       Кальцій в організм людини надходить з питною водою і їжею.

Магній

•       Магній міститься в іонізованому стані у складі іонних тканин, входить до складу великої групи ферментів, які переносять енергію АТФ ,частина його зв‘язана з білками.

•       У людському організмі є до 20 грамів магнію. Кістки містять 105 мг %, нирки – 21 мг %, еритроцити – 5 мг %. Він бере участь у внутрішньоклітинних  метаболічних процесах, функціонуванні імунної системи. Особливе значення має для серцево-судинної системи.

•       Це антистресовий та антиалергічний  фактор.

•       З віком кількість магнію у крові змінюється мало. Для формування скелету магній не менш важливий, аніж кальцій. У дитячому віці  розвиток рахіту супроводжується зменшенням концентрації іонів магнію.

•       При нестачі магнію в організмі людини виникає інфаркт міокарда. При перевтомі в крові хворого концентрація магнію менша від норми, а саме від концентрації магнію в крові залежить рівень подразливості людини, її нервовий стан. 

•       Магній потрібен таким органам як: мозок, підшлункова залоза, нирки, печінка, кісткова тканина, мускулатура і зуби.   

Залізо

•       Заліза в організмі людини міститься від 2 до 5 грамів залежно від віку, статі і ваги тіла людини. Дві третини всієї кількості заліза містяться в крові, головним чином в еритроцитах (60-73%). Потреба заліза людини 15 – 20 мг на добу.

•       Завдяки вмісту заліза гемоглобін крові має здатність приєднувати до себе кисень, повітря, транспортувати його, легко віддавати, заміщати кисень вуглекислим газом.

•       Засвоєне при перетравленні їжі в кишечнику залізо потрапляє в кров, де утворює комплекс з білками крові. Білок переносить залізо в кістковий мозок, де залізо переходить від транспортного білка в білок еритроцитів, утворюючи гемоглобін. Білкова частина                        еритроциту переробляється на амінокислоти  і засвоюється клітинами організму, а частина, яка містить залізо, переходить в жовчні  пігменти печінки. 

•       Невелика частина заліза потрапляє в селезінку, частина - в печінку, де залізо утворює запасний фонд.

•       Залізо, відкладене про запас, зв’язується білками організму і в зв’язаному білковому комплексі може зберігатися досить довго, поки в ньому не виникне потреба. Наприклад, при кровотечах залізо терміново використовується для синтезу гемоглобіну.

•       Залізо міститься і в інших клітинах тіла людини. Воно відіграє роль каталізатора в процесі дихання клітин, каталізує процес розпадання перекису  водню, який утворився як побічний  продукт при окисних реакціях.

  Мідь

•       Ще одним металом, який входить до складу каталізаторів окисних процесів в живому організмі є мідь. Відомо понад 50 білків та ферментів, у яких знайдено мідь.

•       Найбільше металу в печінці й головному мозку. Вона бере участь у процесах кровотворення, впливає на формування скелета.  

•       Мідь і залізо в живих організмах тісно поєднані. Мідь слугує прискорювачем в окисних реакціях клітин, сприяє утворенню гемоглобіну, накопиченню заліза про запас. При дефіциті заліза в організмі збільшується кількість міді. Це явище помітили у донорів та людей при великих кровотечах.

•       Мідь виконує біологічні функції в організмі людини, зв’язані з дією вітамінів групи В та аскорбінової кислоти. 

•       Дефіцит міді у нормальних здорових людей не спостерігається навіть в районах з низьким вмістом солей міді в навколишньому середовищі. Мідь потрапляє в організм з їжею (горіхи, печінка, гриби, устриці) і з питною водою.

•       Вченими встановлено, що в правій і лівій півкулях вміст міді різний - у людини ліва півкуля активніша, тому в ній більше біологічно активних металів. Найбільше міді міститься в тих центрах мозку, які зв’язані з рухом тіла.

•       При порушеннях функції мозку (шизофренії, епілепсії) помічено зниження вмісту міді в мозковій тканині.

  Цинк

 

•       Цинк входить до складу багатьох ферментів. Він впливає на роботу шлунку, сприяючи утворенню соляної кислоти, на роботу слинних залоз і підшлункової залози, сприяючи виділенню секретів. Він входить до складу молекули інсуліну.

•       Також цинк необхідний для роботи гіпофізу,  печінки, тимусу, статевих та щитоподібної залоз.

•       Цинк сприяє виділенню з організму вуглекислого газу, що виділяється при диханні тканин, бере участь в обміні білків та фосфорного обміну. Цинк необхідний для формування скелету. 

•       Порушення обміну цинку в організмі призводить до лейкемії, цирозу печінки, атеросклерозу. Добова потреба в цинку 12 міліграмів,  всього ж цинку в організмі людини не більше  2 грамів. У немовлят в організмі цинку дуже мало, тоді як в організмі людей похилого віку цинку найбільша кількість.

•       Недостача цинку в їжі призводить до затримки росту. У віддалених районах Африки живуть племена карликів, у яких спостерігається дефіцит цинку.

Кобальт

•       Кобальт входить до складу вітаміну ВІ2,  бере участь в утворенні еритроцитів, гемоглобіну.

•       В12 синтезується за допомогою мікроорганізмів, які містяться в шлунково-кишковому тракті. У людей мікроорганізми виробляють незначну кількість вітаміну В12 і основна його кількість надходить з їжею.

•       При недостачі В12 спостерігаються порушення у відновленні крові, виникає злоякісна анемія.

Хром, нікель

•       Не менш важливі елементи хром і нікель. Хром стимулює ферментативну діяльність, бере участь у кровотворенні, знижує рівень холестерину в крові, поліпшує обмін вуглеводів

•       Нікель зберігає конфігурацію молекул РНК, активує ферменти, бере участь у кровотворенні.

•       Нестача нікелю спостерігається при різних формах анемії. Солі нікелю стимулюють синтез амінокислот.

•       При недостачі хрому спостерігається уповільнення росту тварин, порушення  вуглеводного обміну, виникнення діабету,         захворювання очей. 

Отруєння хромом та нікелем

•       Хронічне отруєння хромом супроводжується головним болем, схудненням, враженням нирок. Організм набуває схильності до запальних процесів (катаральне запалення легенів).

•       Цей елемент в організмі накопичується в печінці, підшлунковій, щитовидній залозах та інших тканинах. При інтоксикації нікелем характерне виникнення алергій, дерматитів, бронхіальної астми, ринітів. Тривалий контакт з нікелем підвищує ризик розвитку новоутворень.

  Молібден

•       Баланс молібдену дуже важливий для людини. При надлишку металу нирки не встигають вивести з організму основну кислоту і вона відкладається у вигляді солей в органах і тканинах. Виникає деформація суглобів, людина втрачає рухливість.

•       Найбільша кількість молібдену у людини знаходиться в шкірі і печінці. 

Марганець

•       В організмі людини марганець активує окисно-відновні процеси, впливає на ріст і статевий розвиток, регулює артеріальний тиск, входить до  складу всіх органів, стимулює синтез холестерину і жирних кислот.

•       Марганець сприяє кращому засвоєнню заліза і міді, активізуючи процес кровотворення, сприяє утворенню інсуліну в підшлунковій залозі, активізує дію багатьох інших ферментів, бере участь у синтезі життєво-необхідного вітаміну С.

Миш’як, бром, фтор, літій

•       Миш’як бере участь у синтезі білка, гемоглобіну.

•       Брому потребують гіпофіз, щитоподібна  залоза, статеві залози.

•       Фтор стимулює відновлювальні процеси при переломах кісток. Його  потребують дентин та емаль зубів.

•       Літій необхідний скелетній  мускулатурі, м’язам, крові, легеням, ниркам.

Алюміній

•       Алюміній бере участь у побудові епітеліальних і сполучних тканин, кісток, активізує травлення їжі.

•       Алюмінію потребують волосся та нігті.

•       Надлишок  алюмінію спричиняє загибель нервових клітин та параліч серцевого м'яза.

Кадмій

•       Кадмій входить до складу білкового комплексу, регулює вміст цукру в крові, підвищує кров'яний тиск.

•       Надлишок кадмію спичиняє захворювання центральної нервової системи, всі форми раку, цироз печінки, нефрит нирок, розпад кісткових тканин, емфізема легенів, інсульт, гіпертонія, хвороба «ітай-ітай».

  Отруєння кадмієм

•       Кадмій блокує роботу ряду важливих для життєдіяльності організму ферментів. Крім того, він вражає печінку, нирки, підшлункову залозу, здатен викликати емфізему, рак легенів.

•       Шкідливість кадмію підсилюється його кумулятивністю. З огляду на це навіть за потрапляння в організм незначної кількості цього елементу його вміст у нирках або печінці може через деякий час досягнути небезпечної концентрації.

Свинець

•       Свинець був одним з перших металів, який почала використовувати людина. Вважають, що його одержали одразу ж після початку використання вогню.

•       У Єгипті та в греко-римський період свинець одержували як побічний продукт під час видобування срібла.

Отруєння свинцем

•       Отруєння свинцем відомі ще 6000 років тому, у IV ст. до н.е. Гіппократ детально описав симптоматику інтоксикації свинцем.

•       У греко-римський період та в середньовіччі ацетат свинцю, який має солодкий смак, використовували як харчову добавку до вина та їжі. Це було причиною повсякденного поширення свинцевої інтоксикації серед населення Європи.

•       При хронічному отруєнні свинцем спостерігається загальна слабкість, в’ялість і апатія, біль у животі, анемія, порушення функціонування нирок. Встановлено, що хронічна інтоксикація настає при вживанні 1-8 мг свинцю на добу.

•       Свинець, подібно до ртуті, має кумулятивні властивості. Поглинутий свинець накопичується в кістках у вигляді нерозчинних трьохосновних фосфатів і не спричинює отруйної дії. Проте під впливом певних умов запаси його в кістках стають мобільними, він переходить у кров і може викликати отруєння навіть у загостреній формі.

 Ртуть

•       Ртуть характеризується спорідненістю до SH-груп. Із цим пов'язана її небезпека для організму. При ртутній інтоксикації блокується синтез білка.

•       Ртуть накопичується в нирках, достатньо велика її кількість проникає до головного мозку та інших тканин, що збагачені ліпідами. 

Фосфор, кремній 

•       Фосфор входить до складу кісткової тканини, впливає на обмін вуглеводів, білків, стимулює скорочення м'язів, бере участь в передачі спадкових ознак.

•       Кремній бере участь у метаболізмі сполук тканин, стимулює синтез ДНК.

  Олово

•       Олово є отрутою, що діє паралізуюче на ЦНС.

•       При отруєнні оловом можуть спостерігатися діарея, блювота, загальна слабкість, порушення відділів ЦНС, в результаті чого розвивається атаксія, скутість рухів, іноді судоми. Можливим джерелом є консерви, упаковані в бляшані коробки.

•       При хронічному дії оловотетраметіла і оловотетраетіла перш за все страждають зорові нерви.

Золото

•       Золото має високу теплопровідність, досить важкий і дуже тягучий метал.

•       Сполуки золота входять до складу деяких медичних препаратів, які використовуються для лікування ряду захворювань (туберкульозу, ревматоїдних артритів і т. д.). Радіоактивне золото використовують при лікуванні злоякісних пухлин.

•       Існує розділ медицини — хризотерапія, який вивчає методи лікування препаратами золота.

•       Вміст Аu в організмі людини становить 1·10^–6%.

•       Золоті електроди вживлюють у мозок  для діагностики і лікування його захворювань. В онкології для лікування злоякісних пухлин та радіотерапії застосовують штучний радіоактивний ізотоп ¹⁹⁸Au (Т_1/2 = 2,698 діб), з якого виготовляють штифти та гранули, які вживлюють у пухлинні вузли і тканини, що їх оточують. 

 Срібло

•       В даний час срібло розглядається не просто як метал, здатний вбивати мікроби, а як мікроелемент, який є необхідною і   постійною складовою частиною тканин рослин, тварин і людини.

•       Найбільш багаті сріблом мозок, залози внутрішньої секреції, печінка, нирки та кістки скелета.

•       Іони срібла беруть участь в обмінних процесах організму. Його катіони можуть як стимулювати, так і пригнічувати активність ряду ферментів.

•       Під впливом срібла в два рази  посилюється інтенсивність окисного фосфорилювання в мітохондріях головного мозку, а також збільшується вміст нуклеїнових кислот, що покращує функцію головного мозку.

Талій

•       Талій - сріблясто-білий метал із сіруватим відтінком, на повітрі швидко окиснюється. Його фізичні властивості близькі до свинцю.

•       Отруєння солями талію призводить до випадіння волосся — алопеції.

Важкі метали

•       Важкі метали належать до хімічних елементів, що присутні в живих істотах у тисячних частках відсотка і нижче. Вони, як вітаміни, потрібні людському організму для його нормального функціонування.

•       У процесі еволюційного розвитку живі організми виробили спеціальні механізми для накопичування важких металів, оскільки в навколишньому середовищі їх було мало. Коли ж люди почали інтенсивно забруднювати довкілля, властивість «накопичувати» спричинила надмірне нагромадження важких металів в організмі. Ця «накопичувальна» властивість перешкоджає виведенню надлишку важких металів з нього.

•       Існує три шляхи потрапляння токсичних важких металів до організму людини: через атмосферне повітря з токсичним пилом, через харчові продукти, через питну воду.

•       Найбільш серйозна токсична дія іонів металів виникає під час вдихання пилу, особливо на території промислових зон та автострад. Через те не рекомендуються купувати ділянки для проживання, облаштовувати свердловини для питної води поблизу великих діючих промислових підприємств, автострад. Захистити себе, членів своїх сімей від дії токсичних речовин у таких зонах неможливо.