7. Медико-биологическое значение элементов
Углерод. По содержанию в организме человека (21,15 %) углерод относится к макроэлементам. Он входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов, гормонов:
С биологической точки зрения углерод является органо- геном номер 1.
Углерод, обладая исключительной способностью образовывать вместе с другими элементами длинные цепи атомов, дает многочисленное разнообразие органических соединений. Благодаря углероду возникло все богатство и разнообразие видов растений и животных.
В настоящее время широко обсуждаются вопросы загрязнения биосферы диоксидом углерода, поступающим из продуктов сжигания топлива. Увеличение концентрации CO2 в воздухе на 20% может вызвать глобальное повышение температуры на Земле на 4-50С – «Парниковый эффект».
Особенно вредное действие на организм человека оказывает оксид углерода (II) или угарный газ. При вдыхании оксид углерода (II) попадает в кровь и образует прочное соединение с гемоглобином – карбоксигемоглобин. При этом гемоглобин теряет способность связывать кислород, что и является причиной смерти при тяжелых отравлениях угарным газом.
В медицине применяется:
1. Активированный уголь (карболен); адсорбент при отравлениях алкалоидами, солями тяжелых металлов и т.д.; находит широкое применение в хемосорбции.
2. Гидрокарбонат натрия NaHCO3 ; понижает кислотность желудочного сока; водные растворы используются для полосканий и примочек.
Кремний. По содержанию в организме человека (10-3 %) кремний относится к примесным микроэлементам. Больше всего кремния в печени, надпочечниках, волосах, хрусталике. Так как природный кремний диоксид плохо растворим в воде, то в орга- низм человека он попадает не столько через пищеварительный тракт, сколько воздушным путем через легкие в виде пылеобраз- ного SiО2.
С нарушением обмена кремния связывают возникновение гипертонии, ревматизма, язвы, малокровия.
Недавно было установлено, что кремний содержится в коже, хрящах, связках млекопитающих и входит в состав мукополи- сахаридов, где прочно связан эфирными связями, возникающими при взаимодействии ортокремниевой кислоты с гидроксильными группами углеводов:
В отличие от углерода в составе биомолекул кремний связан только с атомами кислорода (связь Si — О), так как энергия этой связи существенно выше энергии связей Si – Н, Si — С, Si — S и т.д.
В медицинской практике применяют кремний (IV) карбид SiC — карборунд для шлифовки пломб и пластмассовых про- тезов. Кремний диоксид SiO2 входит в состав силикатных це- ментов.
Необходимо отметить, что пыль, состоящая из частиц угля, кремния диоксида SiO2, алюминия при систематическом воздей- ствии на легкие вызывает заболевание — пневмокониозы. При действии угольной пыли — это антракоз — профессиональное заболевание шахтеров. При вдыхании пыли, содержащей SiO2, возникает силикоз, при действии алюминиевой пыли — алю- миноз. Он жизненно важен для работы и развития высших животных. Повышенным содержанием кремния отличаются ткани, в которых слабо развиты или отсутствуют нервные волокна.
При повышенном содержании во вдыхаемом воздухе нерастворимых соединений кремния (кремнезём, силикаты) развивается профессиональное заболевание – силикоз у рабочих горнорудной промышленности.
В медицине применяется тальк (3MgO, 4 SiO2*H2O) – присыпка.
Германий. По содержанию в организме человека (10-5 – 10-6 %) германий относится к микроэлементам. Биологическая роль окончательно не выяснена. Соединения германия усиливают процессы кроветворения в костном мозге.
Германий обнаружен в животных и растительных организмах. Малые количества германия не оказывают физиологического действия на растения, но токсичны в больших количествах. Германий нетоксичен для плесневых грибков.
Для животных германий малотоксичен. У соединений германия не обнаружено фармакологическое действие. Допустимая концентрация германия и его оксида в воздухе — 2 мг/м³, то есть такая же, как и для асбестовой пыли.
Соединения двухвалентного германия значительно более токсичны
Олово. По содержанию в организме человека (10-4 %) олово относится к микроэлементам. Сведения о биологической роли противоречивы.
Олово попадает в организм человека с кислыми продук- тами, консервированными в жестяных банках, покрытых слоем олова. В кислой среде олово растворяется и в форме соли поступает в кровь, проявляя токсическое действие
Sn + 2НА → SnA2 + Н2
Однако в опытах на крысах установлено, что олово в малых количествах стимулирующие действует на рост крыс. Это дает основание предполагать его необходимость и для человека. Безусловно, выяснение биологической роли этого микроэлемента требует дополнительного изучения.
В медицинской практике находят применение различные материалы, в частности пломбировочные, содержащие олово. Так, олово входит в состав серебряной амальгамы (28 %) для изготовления пломб.
Применение олова фторида как средства против кариеса зубов основано на превращении гидроксилапатита в Sn2PO4(OH) (образуется при низкой концентрации SnF2) или в Sn3(РО4)F3 (образуется при высокой концентрации SnF2):
Са5(РО4)3ОН + 2SnF2 = Sn2PO4(OH) + 2СаF2 + Са3(РО4)2
2Са5(РО4)3ОН + 6SnF2 = 2Sn3(PO4) F3 + 2Са3(РО4)2 + 3CaF2 + Са (ОН)2
Свинец. Свинец и его соединения, особенно органические, весьма токсичны. Соединения свинца влияют на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат. Многие факторы говорят в пользу денатурационного механизма. Уста- новлено, что свинец один из элементов, присутствие которых в продуктах питания влияет на развитие кариеса.
Существуют многочисленные доказательства постепенного накопления свинца в растениях и тканях животных и человека в результате повседневного загрязнения окружающей среды свинцом. С пищей, водой, атмосферным воздухом человек ежесуточно поглощает до 100 мкг свинца. Свинец депонируется в основном в скелете (до 90 %) в форме труднорастворимого фосфата:
3Pb2+ (р) + 2РО43- (р) = Рb3(РО4)2 (т)↓
Массовая доля свинца в организме человека 10-6%. Безопас- ным для человека считают суточное поступление 0,2 — 2 мг свинца.
В медицинской практике нашли применение как на- ружные вяжущие антисептические средства: свинец ацетат Pb (СН3СОО)2 · 3Н2O (примочки) и свинец (II) оксид PbO (входит в состав пластыря свинцового простого).
р-Элементы IVA-группы резко различаются как по содержа- нию в организме человека, так и по биологической роли. Мfкро элемент углерод играет основополагающую роль в жизнедея тельности организмов; микроэлемент кремний, вероятно, являет- ся жизненно необходимым; микроэлемент германий, возможно, выполняет некоторую физиологическую роль в организме, в то время как олово и в особенности свинец токсичны и являются примесными элементами. Следует отметить закономерность: токсичность соединений элементов IVA-группы с ростом атомной массы элемента возрастает.