Биогеохимический потенциал и здоровье (стр. 6 )

Расчеты вклада путей поступления в формируемую свинцовую нагрузку для детей, проживающих в городах России, показали преобладающую роль загрязнения продуктов питания: более 85% от общего поступления свинца в организм - таблица 12. Среднее прогнозное содержание свинца в крови детей для городов с невысоким содержанием свинца в окружающей среде близко к контрольному нормативу. В городах с высоким содержанием свинца в окружающей среде норматив может быть превышен почти вдвое.

Таблица 12 - Пути поступления свинца в организм детей дошкольного возраста в городах

	Характеристика городов	Общее поступление, мкг/сут	Пути поступления свинца в организм, %
	воздух	питьевая вода	почва и пыль	продукты питания
Города с относительно низким и средним уровнем загрязнения	23-33	0,3	1,5	11,3	86,9
Города с повышенным уровнем загрязнения	24-67	0,7	2,8	10,7	85,8

2.6 Пятая группа периодической системы. Главная подгруппа

2.6.1 Азот

Азот - один из основных биогенных элементов, входящих в состав важнейших веществ живых клеток - белков и нуклеиновых кислот. Животные и человек способны лишь в ограниченной мере синтезировать аминокислоты. Они не могут синтезировать 8 незаменимых аминокислот (валин, изолейцин, лейцин, фенилаланин, триптофан, метионин, треонин, лизин), и потому для них основным источником азота являются белки, потребляемые с пищей, то есть, в конечном счёте, - белки растений и микроорганизмов.

Белки во всех организмах подвергаются ферментативному распаду, конечными продуктами которого являются аминокислоты. На следующем этапе в результате дезаминирования органический азот аминокислот вновь превращается в неорганический аммонийный азот. У микроорганизмов и у растений аммонийный азот может использоваться для нового синтеза амидов и аминокислот. У животных обезвреживание аммиака, образующегося при распаде белков и нуклеиновых кислот, осуществляется путём синтеза мочевины, которая затем выводятся из организма. С точки зрения обмена азота растения, с одной стороны, и животные (а также и человек), с другой, отличаются тем, что у животных утилизация образующегося аммиака осуществляется лишь в слабой мере, - большая часть его выводится из организма, у растений же обмен азота «замкнут», - поступивший в растение азот возвращается в почву лишь вместе с самим растением.

Процесс всасывания аминокислот из органов пищеварения требует затрат энергии, которая обеспечивается за счет распада АТФ. Не всосавшиеся аминокислоты под воздействием ферментов бактерий в толстом кишечнике превращаются в амины, жирные кислоты, оксикислоты, фенол, индол, скатол, меркаптаны, углеводороды, аммиак. Этот процесс сопровождается выделением летучих веществ, неприятно пахнущих и часто ядовитых. Превращение аминокислот под влиянием этих бактерий называют гниением. Поэтому очень полезно употребление молочнокислых продуктов, богатых микробами, губительно действующими на гнилостные бактерии. По мнению известного физиолога , именно микроорганизмы, вызывающие кисломолочное брожение способствуя стабилизации процессов, протекающих в ЖКТ, обеспечивают постоянство внутренней среды и положительно влияют на продолжительность жизни.

В качестве примера можно привести образование кадаверина из лизина – рисунок 5. Это бесцветная жидкость с tkип 178—179 °С,. легко растворимая в воде и спирте, даёт хорошо кристаллизующиеся соли. Содержится в продуктах гнилостного распада белков; образуется из лизина при его ферментативном декарбоксилировании. Ранее его относили к т. н. трупным ядам (птомаинам), однако ядовитость кадаверина относительно невелика.

Рисунок 5 - Схема образования кадаверина из лизина

На рисунке 6 показана схема образования путресцина из орнитина. Это кристаллическое вещество с tпл 27-28 °С. Впервые обнаружен в продуктах гнилостного распада белков.. В тканях организма путресцин - исходное соединение для синтеза двух физиологически активных полиаминов - спермидина и спермина.

Более опасны циклические органические вещества - фенол и крезол, образующиеся из тирозина – рисунок 7. Фенол, монооксибензол, карболовая кислота - бесцветные кристаллы с характерным запахом, розовеющие при хранении, tпл 40,9 °С, tkип 181,75°C; умеренно растворим в воде, хорошо – в спирте, эфире, ацетоне. Он обладает бактерицидным действием; в медицине (более известен как карболовая кислота) используется в виде разбавленных водных растворов для дезинфекции помещений и предметов больничного обихода. При попадании на кожу фенол вызывает ожог. Предельно допустимая концентрация в воздухе 0,005 мг/л.

Рисунок 6 - Схема образования путресцина из орнитина

Крезолы, метилоксибензолы, метилфенолы - жидкости с неприятным специфическим запахом. Крезолы ограниченно растворимы в воде, хорошо - в органических растворителях. Это. - слабые кислоты, образующие при растворении в щелочах соли, т. н. крезоляты.

Рисунок 7 - Схема образования фенола и крезола из тирозина

Индол и скатол – продукты биохимического преобразования триптофана – рисунок 8. Индол (2,3-бензопиррол) – представляет собой бесцветные кристаллы с неприятным запахом; tпл 52 °С, tkип 254°C. Он растворим в горячей воде и органических растворителях; содержится в каменноугольной смоле, из которой его выделяют в виде солей щелочных металлов, а также в некоторых эфирных маслах (например, в масле жасмина); наряду со скатолом (3-метилиндолом) индол найден в кишечнике человека и млекопитающих.

Скатол (от греч. skor, родительный падеж skatos - помёт, фекалии), b-метилиндол - бесцветные, с отвратительным запахом кристаллы, tпл 95 °С, tKun 265 °C; нерастворимы в воде, растворимы в органических растворителях. Сильно разбавленные растворы скатола имеют приятный цветочный запах. В небольших количествах он содержится в каменно-угольной смоле, образуется из триптофана при расщеплении белков гнилостными бактериями толстых кишок, обусловливая запах испражнений.

Рисунок 8 - Схема образования индола и скатола из триптофана

Индол, крезол, фенол и скатол из кишечника попадают через кровь воротной вены в печень, где они обезвреживаются благодаря соединению с активированными серной или глюкуроновой кислотами.

Важным элементом преобразования азота в организме являются процессы дезаминирования. Различают несколько типов дезаминирования: восстановительное, окислительное, гидролитическое и внутримолекулярное. По какому пути пойдет реакция дезаминирования зависит от конкретных условий в тканях. Так, например, в кишечнике аминокислоты подвергаются восстановительному дезаминированию с отщеплением аммиака и образованием соответствующих жирных кислот. В тканях же происходит главным образом окислительное дезаминирование, с образованием кетокислот и аммиака. Процессы дезаминирования в общем виде представлены на рисунке 9.

1 – восстановительное; 2 – окислительное; 3 – гидролитическое; 4 – внутримолекулярное.

Рисунок 9 – Реакции дезаминирования, протекающие в тканях

Как видно из схемы (рисунок 9), в зависимости от характера процесса из аминокислот будут возникать разные соединения – предельные и непредельные жирные кислоты, кетокислоты, оксикислоты и аммиак. Аммиак ядовит и обезвреживается в печени, превращаясь в мочевину.

2.6.2 Фосфор

Содержание фосфора в организме взрослого человека около 1%, большая часть находится в костных, нервных и мышечных тканях.
Фосфор необходим для жизнедеятельности головного мозга, скелетных и сердечных мышц, участвует в транспортировке веществ. Соединения фосфора в процессе обмена образуют универсальный источник энергии и обеспечивают физиологическую деятельность всех живых клеток. Симптомами недостатка фосфора могут послужить утомляемость, мышечные боли, снижение функции печени. Избыточное поступление фосфора повышает выведение кальция. Хлеб, макароны, картофель, минеральная вода с газом затрудняют усвояемость фосфора.

Для человека нетоксичны все фосфаты, кроме белого фосфора.

Причины дисбаланса и пути попадания в организм:

- чрезмерное или низкое потребление белка;

- заболевания почек;

- болезни печени, алкоголизм, наркомания;

- болезни паращитовидных желез;

- искусственное вскармливание грудных детей;

- повышенное потребление лимонада;

- контакт с моющими средствами.

Дисбаланс фосфора отражается на работе:

- печени (снижение функции);

- мышечной системы;

- центральной нервной системы (слабость, утомляемость);

- костной системы.

Главным "депо" органических фосфорных соединений являются мышечная и костная ткани. Суточная потребность для взрослого человека составляет 0,8-1,2 г. Фосфор в виде своих соединений играет важнейшую роль во всех процессах организма: фосфорная кислота участвует в построении многочисленных ферментов (фосфатаз) - главных двигателей химических реакций клеток. Из фосфорнокислых солей состоит ткань нашего скелета. Большая часть фосфора в организме связана с кальцием. Четыре пятых кальция составляет фосфорнокислый кальций.

В организм фосфор попадает с пищей, преимущественно - с мясом, яйцами, молоком. Также фосфор необходим для построения скелета, он входит в состав белков, из которых состоят наиважнейшие органы тела, имеющие отношение к росту, развитию, к чувствам и мыслям. Недостаток фосфорного питания ведет к ослаблению всего организма.
Избыток фосфора производит острое отравление: сильная боль в желудочно-кишечном тракте, рвота, иногда через несколько часов наступает смерть. Хроническое отравление выражается расстройством обмена веществ в организме и в костной ткани в частности. При недостатке фосфора могут развиваться рахит, пародонтоз.
При избыточном поступлении фосфора снижается уровень марганца, а также повышается уровень выведения кальция, что создает риск возникновения остеопороза.

Отравления фосфором и его соединениями наблюдаются при их термоэлектрической возгонке, работе с белым фосфором, производстве и применении фосфорных соединений. Высокотоксичны фосфорорганические соединения, оказывающие антихолинэстеразное действие. Фосфор проникает в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу. Острые отравления проявляются жжением во рту и желудке, головной болью, слабостью, тошнотой, рвотой. Через 2–3 суток возникают боли в подложечной области, правом подреберье, желтуха.

Для хронических отравлений характерны воспаление слизистых оболочек верхних дыхательных путей, признаки токсического гепатита, нарушение кальциевого обмена (развитие остеопороза, ломкость, иногда омертвение костной ткани, чаще – на нижней челюсти), поражение сердечно-сосудистой и нервной систем. Первая помощь при остром отравлении через рот (наиболее частом) – промывание желудка, слабительное, очистительные клизмы, внутривенно растворы глюкозы, хлористого кальция. При ожогах кожи – обработать пораженные участки растворами медного купороса или соды. Глаза промывают 2%-ным раствором питьевой соды.

Лекарственные препараты, содержащие фосфор (аденозинтрифосфорная кислота, фитин, глицерофосфат кальция, фосфрен и другие), влияют главным образом на процессы тканевого обмена и применяются при заболеваниях мышц, нервной системы, при туберкулёзе, упадке питания, малокровии.

2.6.3 Мышьяк

Оптимальное поступление мышьяка в организм составляет 50-100 мкг. в день. Его соединения поступают с питьевой, минеральной водой, виноградными винами и соками, курением, из окружающей среды. Мышьяк относят к условно жизненно необходимым элементам, он оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биохимических процессах.

Токсическая доза для человека от 5 мг.

Пути попадания в организм:

- пестициды;

- морская рыба;

- красители;

- стекольная промышленность;

- химическое оружие;

- курение;

- медицинские препараты.

Дисбаланс мышьяка действует на:

- кожу;

- слизистую;

- печень;

- периферическую нервную системы;

- сосуды;

- эритроциты;

- иммунную систему.

Токсические эффекты соединений мышьяка хорошо и давно известны. В качестве примеров приводят историю смерти Наполеона Бонапарта, погибшего на острове Святой Елены от хронического отравления мышьяком, о чем свидетельствовали результаты анализов останков императора, или так называемый "рак виноградарей", использовавших еще в прошлом веке препараты мышьяка для опрыскивания своих виноградников.

Механизмы биологического действия мышьяка множественны,- ингибирование энзиматической активности, в частности, функционирования НАД-связанных субстратов (пирувата, глютамата, в-глютарата) и сукцинатдегидрогеназы, вмешательство в процессы окислительного фосфорилирирования, инкорпорация молекулы мышьяка в структуру гемоглобина, замещение мышьяком фосфора в ДНК. Эта множественность механизмов действия приводит к многообразным проявлениям со стороны сердечно-сосудистой, дыхательной, репродуктивной и нервной систем, печени, кожи, почек.

Основные поражения, вызываемые мышьяком у людей, можно свести к следующим:

1) нарушения тканевого дыхания;

2) накопление в организме кислых продуктов обмена (молочной и пировиноградной кислоты), т. е общий ацидоз;

3) нарушение гемодинамики, расстройство сердечной деятельности;

4) гемолиз и анемия;

5) дегенеративные и некротические процессы в тканях на месте контакта;

6) эмбрио - и гонадотоксические и тератогенные эффекты (например, у женщин, подвергавшихся во время беременности экспозиции к мышьяку, часто рождаются дети с низким весом, имеют место различные уродства, а также высока частота выкидышей);

7) канцерогенное действие, которое проявляется спустя значительное время после контакта с мышьяком, причем кроме производственных условий, главные пути поступления этого элемента в организм человека, - мышьяк содержащие лекарства, пестициды и питьевая вода.

Хорошо известны случаи массового рака кожи среди жителей провинции Кордоба (Аргентина) и острова Тайвань, где население в течение 60 лет использовало питьевую воду с высоким содержанием As. Мышьяк отнесен в группу безусловных канцерогенов для человека, он вызывает рак легких и кожи. Кроме того, соединения мышьяка обладают и мутагенным (кластогенным) эффектом - они, не вызывая генных мутаций, индуцируют как in vitro, так и in vivo хромосомные аномалии у различных объектов, в том числе и у людей.

Учитывая тяжесть вызываемых им последствий, распространение в объектах окружающей среды и области применения, является одним из самых опасных химических экотоксикантов.

Согласно рекомендациям Международной комиссии по защите от излучений, предельно допустимое содержание 76As в организме - 11 мккюри. По санитарным нормам, предельно допустимые концентрации 76As в воде и открытых водоёмах 1·10-7 кюри/л, в воздухе рабочих помещений 5·10-11 кюри/л.

Все препараты мышьяка ядовиты, при остром отравлении наблюдаются сильные боли в животе, понос, поражение почек, возможны коллапс, судороги. При хроническом отравлении наиболее часты желудочно-кишечные расстройства, катары слизистых оболочек дыхательных путей (фарингит, ларингит, бронхит), поражения кожи (экзантема, меланоз, гиперкератоз), нарушения чувствительности, возможно развитие апластической анемии. При лечении отравлений препаратами М. наибольшее значение придают унитиолу

2.6.4 Сурьма

Физиологическая роль сурьмы недостаточно изучена. Известно, что сурьма образует связи с атомами серы (реагирует с SH-группами ферментов), что обусловливает ее высокую токсичность. Из организма сурьма выводится достаточно медленно, преимущественно с мочой (до 80%). Избыточное поступление сурьмы в организм человека может вызвать острое или хроническое отравление. Симптомами хронической интоксикации сурьмой являются потеря аппетита, воспаление слизистых оболочек зева и гортани, сухость в горле, тошнота, рвота, боли в кишечнике, увеличение и болезненность печени, воспаление слизистых оболочек верхних дыхательных путей, длительный кашель.

Сурьма и её соединения ядовиты. Отравления возможны при выплавке концентрата сурьмяных руд и в производстве сплавов. При острых отравлениях, - раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, глаз, а также кожи. Могут развиться дерматит, конъюнктивит. Лечение: антидоты (унитиол), мочегонные и потогонные средства.

2.6.5 Висмут

Висмут относится к токсичным микроэлементам. В организм человека висмут попадает с пищей, воздухом и водой, в количестве до 20 мкг. Соли висмута широко применяют в гастроэнтерологии из-за их вяжущих свойств и способности снижать кислотность желудочного сока.

Избыточное содержание висмута может отрицательно сказываться на состоянии:

- почек;

- центральной нервной системы;

- печени;

- кожи;

- слизистых оболочек

Наибольшее количество висмута потребляется фармацевтической промышленностью, металл и его препараты применяют в медицинской практике как обеззараживающие и подсушивающие средства. Нитрат висмута основной применяют внутрь при воспалительных заболеваниях кишечника (колиты, энтериты), язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, выпускается в порошках и таблетках, входит в состав таблеток викалин и викаир. Наружно применяют препараты в виде присыпок и мазей (ксероформ, дерматол) для лечения ожогов, дерматитов и поверхностных пиодермий.

2.7 Шестая группа периодической системы. Главная подгруппа

2.7.1 Кислород

Кислород – один из важнейших элементов, как литосферы, так и живого организма. С одной стороны кислород – это элемент, который входит в состав воды, и, таким образом, необходим для жизни. С другой стороны – кислород один из важных химических элементов, входящих в состав органических соединений. Кроме того, газообразный кислород – необходимейший элемент жизни, обеспечивающий дыхание и процессы окисления. На рисунке 10 показана схема переноса кислорода из легких в ткани организма.

Рисунок 10 - Схема переноса кислорода из легких в ткани организма

Как видно из схемы, эритроциты крови, проходящей через ткань легких, отдают в легкие углекислый газ – продукт распада карбонат иона, при этом из эритроцита в плазму выделяется вода и ионы хлора. Кислород, в свою очередь, поступает в эритроцит и образует комплекс с гемоглобином. Когда же эритроцит, содержащий комплекс кислорода с гемоглобином попадает в ткань, протекает обратный процесс, в эритроцит поступает вода, ионы хлора и углекислый газ, который, соединяясь с водой, образует ион карбоната. Кислород же, выделяется из комплекса и диффундирует в ткань.

При понижении содержания кислорода в крови возникает гипоксемия, и, как результат, нарушение кровообращения, повышенная потребность тканей в кислороде (чрезмерная мышечная нагрузка и др.), уменьшение газообмена в лёгких, уменьшение содержания гемоглобина в крови, следствием чего является гипоксия - кислородное голодание, кислородная недостаточность, понижение содержания кислорода в тканях.

В зависимости от скорости нарастания гипоксии, различают ее острую и хроническую формы. При острой гипоксии в первую очередь страдает функция высших отделов центральной нервной системы, а при хронических - функция сердечно-сосудистой системы, дыхания, системы крови. Устойчивость к гипоксии может быть повышена тренировкой в барокамере или в условиях горного климата.

При этом в организме вырабатывается ряд приспособительных механизмов (рефлекторное усиление дыхания, кровообращения, увеличение числа эритроцитов за счёт выхода их из кровяных депо, увеличение содержания гемоглобина в эритроцитах и т. п.), улучшающих самочувствие и повышающих работоспособность в условиях недостатка кислорода. Установлено, что с повышением устойчивости организма к какому-либо вредоносному фактору повышается сопротивляемость к др. неблагоприятным влияниям. Так, с повышением устойчивости организма к острой гипоксии повышается устойчивость к действию ускорений, ионизирующих излучений, тепловым воздействиям, большим физическим нагрузкам и др.

2.7.2 Сера

В организме человека сера (S) непременная составная часть клеток, ферментов, гормонов, в частности инсулина, вырабатываемого поджелудочной железой, а также серосодержащих аминокислот. В нервной, соединительной и костной тканях ее довольно много. Считается, что суточный пищевой рацион взрослого здорового человека должен содержать 45 мг S. Основные источники поступления серы в организм: сравнительно богаты этим элементом мясо, куриные яйца, овсяная и гречневая крупы, хлебобулочные изделия, молоко, сыры, бобовые и капуста.

В организм человека сера поступает с пищей в виде органических белковых соединений - аминокислот, глютадиона, сульфатидов, витамина В1. Суточная потребность не установлена, но при употреблении достаточного количества белка дефицита серы не наблюдается.

Сера, подобно азоту, входит в состав белков, в силу чего белковый обмен является одновременно азотистым и серным. В белках сера содержится в аминокислотах: цистеине, цистине, метионине. Особенно богаты серой поверхностные слои кожи, здесь сера содержится в кератине (волосы содержат до 5-10% кератина) и меланине, пигменте, предохраняющем в виде загара глубокие слои кожи от вредного действия ультрафиолетовой радиации.
Элементарная сера не обладает выраженным токсическим действием, но все ее соединения токсичны.

Например, при высокой концентрации сероводорода в воздухе отравление может развиться почти мгновенно. Судороги и потеря сознания сопровождаются быстрой смертью от остановки дыхания. При недостатке серы наблюдаются: тахикардия, повышение артериального давления, нарушения функций кожи, выпадение волос, запоры, в тяжелых случаях - жировая дистрофия печени, кровоизлияние в почки, нарушения углеводного обмена и белкового обмена, перевозбуждение нервной системы, раздражительность и другие невротические реакции.

В медицинской практике применение серы основано на её способности при взаимодействии с органическими веществами организма, образовывать сульфиды и пентатионовую кислоту, от присутствия которых зависят кератолитические (растворяющие, - от греч. kéras, - рог и lytikós, - растворяющий), противомикробные и противопаразитарные эффекты. Сера входит в состав мази Вилькинсона и других препаратов, применяемых для лечения чесотки. В очищенном и осажденном виде ее употребляют в мазях и присыпках для лечения некоторых кожных заболеваний (себорея, псориаз), в порошке, - при глистных инвазиях (энтеробиоз), в растворах, - для пиротерапии прогрессивного паралича.

2.7.3 Селен

Суточная потребность в селене составляет 20-100 мкг. В организме селен регулирует процессы обмена веществ, принимает участие в построении основных антиоксидантных соединений. При дефиците селена ослабляется иммунитет, чаще проявляются простудные заболевания, снижаются функции печени. Выявлена зависимость между частотой возникновения рака и недостатком селена в пище. Селен снижает негативное действие тяжелых металлов и мышьяка. На постсоветском пространстве к особо селенодефицитным районам относятся Ленинградская, Костромская, Ярославская области, Карелия, Забайкалье, однако в остальных районах его также недостаточно в почве, и наблюдается дефицит.

Токсическая доза для человека 5 мг.

Причины дисбаланса:

- болезни почек;

- несбалансированное питание;

- радиация;

- дисбактериоз кишечника;

- парэнтеральное питание;

- алкоголизм;

- опухоли

При дисбалансе селена страдают:

- иммунная система (повышенная частота простудных и воспалительных заболеваний);

- сердечно-сосудистая система (инфаркт миокарда, дистрофия миокарда);

- печень (снижение дезинтоксикационной функций, гиперхолестеринемия);

- щитовидная железа;

- кожа (дерматит, экзема);

- волосы (выпадение, слабый рост);

- ногти (дистрофия);

- соединительная ткань (ревматические заболевания, артриты);

- глаз (глаукома, катаракта)

Это биологически активный микроэлемент, входящий в состав многих гормонов и ферментов (активный центр которых состоит из 4-х атомов селена) и связанный таким образом со всеми органами и системами, поступление, которого наряду с другими микроэлементами необходимо для поддержания нормального функционирования организма.

Биологическая роль селена, связана с его антиоксидантными свойствами, обусловленными участием селена в построении, в частности, одного из ключевых антиоксидантных ферментов - глутатионпероксидазы. Дефицит селена ведет к усилению перекисного окисления липидов – не ферментативному цепному процессу, неадекватное развитие которого грозит грубым и необратимым повреждением мембран клеток, т. е. развитию типовых процессов поражения клетки, лежащих в основе возникновения многих патологических состояний.

Из-за неравномерного распределения элемента в различных регионах земного шара, в связи с экологическими факторами, в ряде стран выявляются болезни, связанные с его недостатком (Канада, США, Австралия. Германия, Франция, Китай, Финляндия). Дефицит селена может вызвать заболевания разных органов и систем, протекающие, как правило, на фоне пониженной кислотности, является причиной преждевременного старения и уменьшения продолжительности жизни человека и животных.

Универсальность селена в профилактике и лечении самой различной патологии объясняется общностью происхождения всех клеток организма, созданием ферментативных систем по одному подобию, где центром является селен.