Стенд медико-биологическая роль металлов

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

«КУБАНСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ»

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

по дисциплине химии

на тему «Стенд медико-биологическая роль металлов»

Выполнили студенты группы 22-Ф1-9

Специальность 33.02.01

Гламаздина Елизавета, Серегина Дарья

Руководитель: преподаватель по химии

Дектярева Маргарита Сергеевна

Краснодар, 2023 г.

ВВЕДЕНИЕ 1

Глава 1. Общая характеристика металлов 2

1.1 Общая характеристика меди 2

1.2 Общая характеристика железа 3

1.3 Общая характеристика калия и натрия 3

1.4 Общая характеристика магния 5

1.5 Общая характеристика кальция 5

Глава 2. Медико-биологическая роль металлов и лекарственные препараты на их основе 7

2.1 Металлы в медицине в наше время 7

2.2 Биологическая роль металлов 8

2.3 Биологическое значение меди 8

2.4 Биологическая роль железа 9

2.5 Препараты на основе железа 10

2.6 Биологическая роль калия 11

2.7 Биологическая роль натрия 11

2.8 Медико-биологическая роль магния 12

2.9 Биологическая роль кальция 13

2.10 Последствие воздействия тяжелых металлов на организм 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Среди самых актуальных категорий в системе ценностей общества лидирующую позицию в настоящее время занимает вопрос сохранения и укрепления здоровья человека. Организм человека – это сложная биохимическая система, которая не может функционировать самостоятельно, без взаимосвязи с окружающей средой. От того, какая будет окружающая среда, что будет из неё попадать в организм с воздухом, водой, пищей, во многом будет зависеть здоровье человека.

Цель работы: создать стенд на тему «Медико-биологическая роль металлов».

Задачи работы:

1. Изучить содержание металлов в организме человека.

2. Раскрыть биологическую роль металлов.

3. Рассмотреть влияние недостатка и избытка металлов на здоровье человека.

4. Перечислить источники поступления металлов в организм человека.

Способы исследования: изучение дополнительной литературы, справочных материалов, изучение составов препаратов.

Характерный цвет медь приобретает в результате взаимодействия с кислородом и образования тонкой оксидной пленки. Более тонкие пластины на просвет выглядят зеленовато-голубыми. Наиболее ярко выраженные физические свойства меди:

1. высокая электро- и теплопроводность (уступает только серебру),

2. мягкость,

3. пластичность,

4. легко поддается вытягиванию и обработке,

5. коррозионная стойкость. [1]

В условия низкой влажности медь почти не демонстрирует каких-либо особенных химических свойств. Однако при контакте с водой и углекислым газом она быстро вступает в окислительную реакцию, на ее поверхности образуется пленка, защищающая ее от разрушения. Также окисление происходит при нагреве до 375 градусов. [2]

Медь, подобно железу содержится в цитоплазме многих растительных и животных клеток, в молоке и крови. В животном организме медь находится главным образом в форме разных соединений с белками, является составной частью таких ферментов, как тирозиназа, уриказа, цитохромоксидаза и др. [3]

В медицине медь в виде сульфата меди также применяется в качестве антисептического и вяжущего средства в виде глазных капель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата медь используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат меди применяют как рвотное средство. Нитрат меди употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах. [4]

В организме взрослого человека содержится 4-5г. железа. Большая часть железа в организме (75-80%) содержится в геме гемоглобина, 20-25% составляет резервное железо, 5-10% входит в состав гема миоглобина и около 1% находится в железосодержащих ферментах. Более 70 различных по своей биологической функции ферментов содержат в своем составе железо. [5]

Железо — металл средней химической активности. В электрохимическом ряду напряжений металлов оно располагаются левее водорода, между цинком и оловом. Чистое железо при комнатной температуре довольно устойчиво, его активность сильно возрастает при нагревании и измельчении. Наличие примесей значительно снижает устойчивость железа. [6]

Две главные «обязанности» железа - поддерживать нормальный уровень кроветворения и обеспечивать организм и ткани кислородом. В случаях, когда железа не хватает, эти функции неполноценны, вследствие чего различные органы и ткани, и весь организм в целом испытывают массу негативных последствий. [7]

Калий — серебристый металл с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесённым в пламя горелки, калий (а также его соединения) окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет.

Натрий — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Электропроводность и теплопроводность натрия довольно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7 °C), температура плавления 97,86 °C, температура кипения 883,15 °C.

Элементарный калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, является сильным восстановителем. На воздухе свежий срез быстро тускнеет из-за образования плёнок соединений (оксиды и карбонат). При длительном контакте с атмосферой способен полностью разрушиться. С водой реагирует со взрывом. Хранить его необходимо под слоем бензина, керосина или силикона, дабы исключить контакт воздуха и воды с его поверхностью. С Na, Tl, Sn, Pb, Bi калий образует интерметаллиды.

Щелочной металл, на воздухе легко окисляется до оксида натрия. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина или минерального масла. С водой натрий реагирует очень бурно, помещённый в воду кусочек натрия всплывает, из-за выделяющегося тепла плавится, превращаясь в белый шарик, который быстро движется в разных направлениях по поверхности воды, реакция идёт с выделением водорода, который может воспламениться. [8]

Роль калия в организме известна немногим, однако от этого она не становится менее значимой. Наряду с натрием, калий поддерживает оптимальное давление внутри каждой клетки организма. Поэтому он обеспечивает нормальное сокращение всех мышц в теле человека, в том числе, самых главных мышц – сердечных. Помимо этого, он участвует в передаче нервных импульсов, обеспечивает возбудимость нервных клеток. И еще одна из его главных свойств – калий обеспечивает нормальную работу почек. [9]

Магний является элементом главной подгруппы II группы III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 12 и атомную массу 24,305. Принятое обозначение – Mg (от латинского Magnesium).

Магний является лёгким и ковким металлом, его цвет – серебристо-белый с явным металлическим блеском. В обычном состоянии покрыт плёнкой оксида магния, которую можно разрушить, нагрев металл до 600-650˚С. Магний сгорает, выделяя ослепительно белое пламя и образуя оксид и нитрид магния.

Соединения магния (сплавы) используются в самолётостроении и автомобильном производстве из-за прочности и лёгкости магниевых сплавов. Магний применяется как химический источник тока, в медицине, военном деле, в фотографии. [10]

Кальций является элементом главной подгруппы II группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 20 и атомную массу 40,08. Принятое обозначение – Ca (от латинского — Calcium). [10]

Кальций (Ca) – легкий агрессивный металл серебристого цвета с беловатым оттенком. Он играет важную роль во многих сферах жизни. В свободном виде в природе его нет, так как он химически высокоактивен. [11]

Кальций — типичный щёлочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем более тяжёлых щёлочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло-серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щёлочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина. [8]

Препараты кальция используют для профилактики и лечения гипокальциемических состояний, в том числе остеопороза. Для этих целей обычно применяют моно- (кальций) и двухкомпонентные (кальций + витамин D3, кальций + витамин С) лекарственное средство, содержащие высокие дозировки кальция. В составе отдельных лекарственных средств, используемых для лечения остеопороза, соли кальция комбинируются с фторидами. Соли кальция особенно эффективны для профилактики остеопороза у лиц с исходно низким потреблением этого элемента. [12]

О лечебных свойствах металлов помнят и современные целители. Народная медицина широко использует металлотерапию при заболеваниях крови, сосудов, лимфы и кожи, вегетососудистой дистонии, при железодефицитной анемии, проблемах с обменом веществ. С металлотерапией полезно сочетать лечение виноградным соком. Для этого в 1 л напитка кладут 2-3 медные монетки и выдерживают 6-7 суток. Чистая вода, настоянная на золоте, платине, серебре, железе, меди и других металлах, лечит многие недуги — остеохондроз, диабет, артриты и артрозы, заболевания щитовидной и поджелудочной желез, органов желудочно-кишечного тракта, мочеполовой, опорно-двигательной и гормональной систем. Многие металлы в виде конкретных соединений нашли применение в медицине в качестве лекарственных и диагностических средств. Другие же оказались крайне нежелательными для живых организмов, и небольшие избыточные дозы их оказывают фатальное воздействие. [4]

Чем дальше шел прогресс, тем больше обнаруживались новые способы использования металлов в медицине. Так, например, серебро, использовалось для профилактики конъюнктивита у новорожденных и местной терапии ожоговых ран. Также известно об использовании тяжелых металлов в качестве антисептиков или дезинфицирующих средств. К примеру, инактивация бактерий на поверхностях из нержавеющей стали цеолит-керамическими покрытиями, содержащими ионы серебра и цинка. Такие металлы, как серебро, железо и медь, могут быть использованы для дезинфекции воды и медицинских приборов многократного использования, включены в медицинские приборы. [13]

Есть условно необходимые элементы, которые требуются для нормальной работы организма, но при отсутствии могут быть заменены. Например, фтор.

Металлы попадают в наш организм через несколько основных каналов:

1. продукты питания;

2. воду;

3. воздух;

4. прием лекарственных препаратов и БАД;

5. использование косметических средств;

6. введение вакцин.

Совершенно необходимых для жизни биоэлементов в организме 15: кальций, натрий, калий, магний, марганец, цинк, железо, медь, кобальт, хлор, йод, фосфор, сера, молибден и селен. [14]

Как недостаток, так и избыток металлов в организме отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека.

Медь играет важную роль в превращении железа внутри организма в гемоглобин, за счет чего этот микроэлемент косвенно поддерживает функцию кроветворения. Также, находясь в составе многих ферментов – тирозиназы, аскорбиназы, цитохромоксидазы, меланина и многих других медь сопричастна к пигментации волос и кожного покрова, формировании и развитию костных и хрящевых тканей, образованию эластина и коллагена, эндорфинов и прочих. Количество меди в организме взрослого среднестатистического человека колеблется в пределах 100 мг, большая часть из которой присутствует в печени. [15]

Недостаток меди приводит к деструкции кровеносных сосудов, заболеванию костной системы, возникновению опухолевых заболеваний. Удаление меди из соединительной ткани вызывает заболевание «красная волчанка».

Избыток меди в различных тканях приводит к тяжёлым и часто необратимым заболеваниям. Накопление меди в печени и мозге приводит к болезни Вильсона (гепатоцеребральная дистрофия). [16]

Организм не вырабатывает железо самостоятельно, человек получает 1-2 мг этого элемента вместе с пищей. Примерно столько же каждый из нас теряет с ороговевшими клетками кожи и кишечника.

Иногда человеку требуется больше железа, чем обычно. Следить за уровнем железа в крови необходимо при беременности и кормлении, почечной недостаточности, язве или желудочно-кишечных расстройствах. [17]

Длительный избыток железа может иметь серьезные последствия для здоровья. Симптомами избытка железа в организме являются сонливость и усталость. Как и с другими питательными веществами, избыток железа также будет ощущаться в нашем пищеварительном тракте, могут возникнуть рвота, тошнота и диарея. В конце концов, железо начнет накапливаться во внутренних органах и повреждать их, что приводит к постепенной потере функций. [18]

Симптомы дефицита железа

Ухудшается общее состояние человека. Он быстро утомляется, постоянно мерзнет, при нагрузках испытывает одышку, его кожа бледнеет, шелушится, начинают выпадать волосы.

Более специфические симптомы указывают на развитие железодефицитной анемии:

1. Койлонихия. Ногтевые пластины приобретают вогнутую форму.

2. Синдром беспокойных ног. Появляется патологическая потребность двигать конечностями в состоянии покоя.

3. Пикацизм. Пищевые извращения, тяга к несъедобному.

4. Глоссит. Воспаление языка, сопровождающееся жжением или болью.

5. Хейлит. Воспаление красной каймы губ с трещинами в уголках рта.

Если уровень железа падает до критических показателей, возможны нарушения глотания и потери сознания. У детей из-за нехватки Fe замедляется развитие. [19]

Препараты железа — группа лекарственных средств, содержащих соли или комплексы двух-трёхвалентного железа, а также их комбинации с другими препаратами. В основном используются для лечения и профилактики железодефицитной анемии. В анатомо-терапевтической классификации объединены под кодом B03A. [20]

Из многообразия препаратов можно выделить наиболее часто применяемые в медицинской практике таблетки с действием пролонгированного характера:

1. Сорбифер Дурулес;

2. Фенюльс;

3. Актиферрин;

4. Ировит;

5. Тардиферон;

6. Хеферол;

7. Мальтофер;

8. Тотема;

9. Ферроградумет;

10. Гемохелпер.

Также для повышения уровня гемоглобина назначают таблетки короткого воздействия:

1. Сульфат железа;

2. Гематоген (для детей);

3. Глюконат железа;

4. Железа Фумарат. [21]

1. Расширяет сосуды, и нормализует давление в них.

2. Предотвращает развитие заболеваний сердца.

3. Укрепляет кости.

4. Защищает мышечную ткань.

5. Предотвращает развитие камней в почках.

6. Профилактика инсульта и инфаркта.

7. Помогает бороться с сахарным диабетом.

8. Выводит лишнюю воду и натрий из организма. [22]

При избытке калия в организме угнетены основные функции сердца: уменьшение возбудимости сердечной мышцы, снижение ритма сердечных сокращений, ослабление силы сокращений сердца. В больших концентрациях ионы калия вызывают остановку сердца. [16]

При недостатке калия наблюдается мышечная слабость, вялость кишечника, нарушение сердечной деятельности, плохая передача нервных импульсов. Может наступить внезапная смерть при увеличении нагрузок. Снижают усвоение калия мочегонные средства (диуретики). [16]

Натрий поддерживает постоянство осмотического давления крови, необходимое для нормальной жизнедеятельности клеток тканей. Участвует в регулировании водного обмена. Активизирует пищеварительные ферменты, регулирует работу нервной и мышечной тканей. [16]

Избыток натрия, или гипернатриемия, чаще всего вызван неправильным питанием – чрезмерным потреблением продуктов, содержащих натрий. Недостаточное потребление жидкости, лихорадка и повышенный обмен веществ (которые характерны, например, для нарушений гормонов щитовидной железы) также могут способствовать повышению уровня натрия в крови.

Слишком много натрия также опасно, поскольку происходит удержание слишком большого количества воды в клетках и тканях тела. Это может привести к:

1. повышению кровяного давления;

2. сужению кровеносных сосудов;

3. развитию высокого кровяного давления. [23]

Недостаток натрия (синдром солевого истощения). Преимущественное обеднение организма натрием можно отличить от преобладания дефицита воды на основании следующих признаков: тахикардия, пониженное артериальное давление и наклонность к ортостатическим коллапсам. Эти явления возникают вследствие обусловленного недостатком натрия уменьшения количества внеклеточной жидкости. [24]

Магний - природный транквилизатор и антистрессовый минерал. Магний участвует во многих процессах, происходящих в организме - в выработке энергии, усвоении глюкозы, передаче нервного сигнала, синтезе белков, построении костной ткани, регуляции расслабления и напряжения сосудов и мышц. Он оказывает успокаивающее действие, снижая возбудимость нервной системы и усиливая процессы торможения в коре головного мозга, выступает как противоаллергический и противовоспалительный фактор, защищает организм от инфекции, участвуя в выработке антител, играет значительную роль в процессах свертываемости крови, регуляции работы кишечника, мочевого пузыря и предстательной железы. [25]

От недостатка магния наблюдается ничем необъяснимое чувство внутреннего беспокойства, стресс, нарушение сердечного ритма, мышечное подёргивание, судороги мышц (ночные судороги икроножных мышц), покалывание в кончиках пальцев. Возможны головокружение, шум в голове и ушах, постоянное чувство усталости. [16]

От избытка магния в организме может происходить ухудшение самочувствия. Может происходить поражение внутренних органов, в том числе почек, которые не могут самостоятельно вывести переизбыток элемента. Нарушение функционирования, в свою очередь, приводит к развитию серьёзных патологий. Среди них хроническая почечная недостаточность и обезвоживание.

Кальций является одним из основных минералов в организме человека. Он принимает участие во многих биологических процессах. Макроэлемент необходим для формирования костной ткани и зубов, биологического синтеза гормонов, регуляции сосудистого тонуса, деятельности сердечно-сосудистой системы. Он также необходим для реализации процесса свертываемости крови при повреждениях. [21]

Гиперкальциемия – это состояние, при котором концентрация молекул кальция в крови превышает норму. Обезвоживание, которое развивается из-за высокого уровня кальция, вызвано повышенной активностью почек, реагирующих на избыток этого элемента. В связи с чем, второстепенными симптомами могут быть:

1. чувство пересыхания во рту;

2. темный цвет мочи;

3. отсутствие слюны;

4. общая слабость и сонливость. [26]

Кальций – незаменимый элемент, который участвует в формировании костной ткани, отвечает за крепость костей и предотвращает возникновение судорог в мышцах. Его нехватка становится причиной развития рахита, ведет к хрупкости костей, ломкости ногтей и другим проблемам со здоровьем. [27]

Одними из наиболее вредных для биосферы Земли загрязнений, имеющих самые разнообразные вредные последствия, как для здоровья людей, так и для жизнедеятельности живых организмов, являются загрязнения тяжелым и металлами. Наряду с пестицидами, диоксинами, нефтепродуктами, фенолами, фосфатами и нитратами тяжелые металлы ставят под угрозу саму существование цивилизации. Увеличивающийся масштаб загрязнений окружающей среды оборачивается ростом генетических мутаций, раковых, сердечно-сосудистых и профессиональных заболеваний, отравлений, дерматозов, снижением иммунитета и связанных с этим болезней. В подавляющем большинстве случаев первоисточником загрязнений является экологически безграмотная деятельность человека. Среди опасных для здоровья веществ тяжелые металлы и их соединения занимают особое место, так как являются постоянными спутниками в жизни человека.

Очень часто многоэлементный анализ используют в медицине при выяснении причин острых и хронических отравлений, а также при лечении профессиональных болезней, связанных с хроническим воздействием тяжелых металлов на организм в условиях реального производства и экологических особенностей.

В химико-токсикологическом анализе применяется метод минерализации при исследовании биологического материала (органов трупов, биологических жидкостей, растений, пищевых продуктов и др.) на наличие так называемых «металлических ядов». Эти яды в виде солей, оксидов и других соединений в большинстве случаев поступают в организм через пищевой канал, в соответствующих отделах которого они всасываются в кровь и вызывают отравления. [28]

Представление об обязательной токсичности всех ТМ в допустимых концентрациях не соответствует действительности, поскольку доказано, что токсические металлы в низких дозах не оказывают вредного действия. В то же время все микроэлементы, даже жизненно необходимые, в избыточных дозах токсичны. Такие металлы, как Hg, Cd, Pb, As, Ве, сильно токсичны при самых низких концентрациях и не выполняют какой-либо полезной функции.

По токсичности тяжелые металлы делятся на три класса:

I – наиболее токсичные (Cd, Hg, Ni, Pb, Co, Ве, As);

II – умеренно токсичные (Cu, Zn, Mn, Cr, Mo, Sb);

III – малотоксичные (Ba, V, Sr и другие). [3]

Изучив вышеперечисленную информацию, было решено сделать информационный стенд, на котором будет отображена краткая и чётко подобранная информация, выделенная из нашей работы.)

Из всего вышеизложенного следует, что металлы играют важней­шую роль в жизнедеятельности организма. В ходе проекта мы изучили содержание металлов в организме человека. 

Раскрывая биологическую роль важнейших «металлов жизни»: кальция, калия, натрия, магния, желе­за, цинка, меди, узнали, что все жизненные процессы протекают в организме при непосредственном участии металлов. В организме металлы находятся как в виде внеклеточных, так и внутриклеточных ионов. Они входят в состав многих гормонов, ферментов, регулирующих обмен веществ, участвуют в формировании скелета, кроветворении.

Как недостаток, так и избыток металлов в организме отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека

И нам стало понятно, что отрицательно на организм может влиять не только отсутствие некоторых металлов, но и их избыток.

1. https://chemege.ru/cuprum/

2. https://masterieltsonline.ru/o-materialah/med-v-bytu.html

3. https://studfile.net/preview/5709897/page:4/

4. http://www.medizator.ru/index.php?did=3&term=7&articleid=40

5. https://newlab-med.ru/paczientam/kompleksyi-laboratornyix-issledovanij/laboratornaya-diagnostika-anemij1.html

6. https://foxford.ru/wiki/himiya/stroenie-i-svoystva-zheleza-i-ego-soedineniy

7. https://mirra.ru/about/nashi-razrabotki/mirra-ferrum

8. https://chem.ru/kalij.html

9. https://medaboutme.ru/articles/kaliy_ego_znachenie_dlya_cheloveka_i_preparaty_kaliya/

10. https://calorizator.ru/element/mg

11. https://obrazovanie.guru/himiya/himicheskij-element-kalcij.html

12. http://vmede.org/sait/?page=20&id=msprav_Farmakologija&menu=msprav_Farmakologija

13. https://publish2020.scienceforum.ru/ru/article/view?id=616

14. https://www.kp.ru/doctor/zdorovyj-obraz-zhizni/mikroelementy/

15. https://medicina.dobro-est.com/med-cu-rol-v-organizme-simptomyi-nedostatka-istochniki.html

16. https://scienceforum.ru/2021/article/2018027283

17. https://style.rbc.ru/health/6088e77f9a7947394cbfd3cd

18. https://medcentr-diana-spb.ru/analizyi/gemohromatoz-izbytok-zheleza-v-organizme/

19. https://gorzdrav.org/blog/simptomy-i-prichiny-nekhvatki-zheleza-v-organizme/

20. https://wiki2.org/ru/Препараты_железа

21. https://yandex.ru/health/turbo/articles?id=4546

22. Громова О.А.1,2,4, Торшин И.Ю.1,2, Калачева А.Г.3, Гришина Т.Р.3, Сардарян И.С.4, Рудаков К.В.1,2, Галустян А.Н.4 О некоторых ролях калия и магния в терапевтической практике

23. https://el-klinika.ru/natrij-v-krovi-povyshen-ili-ponizhen-kakaya-norma-u-zhenshhin/

24. https://union-z.ru/articles/nehvatka-natriya-v-organizme-k-chemu-privodit.html

25. http://12.rospotrebnadzor.ru/directions/saninspection/food_quality/-/asset_publisher/Ep0i/content/роль-магния-в-организме-человека

26. https://clinicagernetic.ru/pomoshch/pereizbytok-kalciya.html

27. https://region03.ru/articles/chto-byvaet-pri-pereizbytke-kaltsiya.html

28. https://www.forens-med.ru/book.php?id=1839

14