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⁺.