68. Технический прогресс и охрана окружающей среды: экологические аспекты воздействия неорганических веществ.

Из неорга­нических веществ наибольшую экологическую опасность создают металлы и их соединения, накапливающиеся в природных водах, диоксид се|)ы и оксиды азота, загрязняющие атмосферный воздух.

Биологическая активность металлов связана с их способностью повреждать клеточные мембраны, повышать проницаемость барье­ров, связываться с белками, блокировать многие ферментные сис­темы, что в итоге ведет к токсическим изменениям. Соединения металлов, хорошо растворимые в воде и биологических жидкостях, легче проникают через биологические барьеры и вызывают нару­шения в организме.

Любой металл, поступивший тем или иным путем в организм, довольно быстро проникает в кровь. Из крови ионы металлов пе­реходят во внутренние органы. Обычно органами максимального накопления металлов в организме являются печень, почки и кост­ная система. Из внутренних органов металлы медленно, приблизи­тельно в уечение 1 месяца, выделяются из организма, преимуще­ственно почками или кишечником.

Данные токсикометрии позволяют установить сравнительную токсичность всех металлов периодической системы Д. И. Менде­леева и подчеркнуть большие различия в ней. Если токсичность ионов натрия принять за единицу, то токсичность ионов ртути бу­дет почти в 2300 раз выше. Все металлы по степени токсичности можно разделить на три группы:

высокотоксичные металлы — ртуть, уран, индий, кадмий, медь, таллий, мышьяк, золото, ванадий, платина, бериллий, сереб­ро, цинк, никель, висмут;

умеренно токсичные металлы — марганец, хром, палладий, свинец, осмий, барий, иридий, олово, кобальт, галлий, молиб­ден, скандий, стронций, сурьма, рутений, родий, лантан, лан­таноиды;

малотоксичные металлы — алюминий, железо, германий, кальций, магний, стронций, цезий, рубйдий, литий, титан, натрий.

Ионы, которые относятся к группе высокотоксичных, вызыва­ют в реальных условиях острые и хронические отравления. Это в основном самые тяжелые металлы, имеющие высокий порядковый номер. К ним относятся переходные металлы, хотя имеются и ис­ключения; в эту группу входит и такой легкий металл, как берил­лий.

Наиболее многочисленная группа умеренно токсичных метал­лов характеризуется способностью вызывать хронические отравле­ния, часто с довольно тяжелыми клиническими проявлениями.

ш

Потенциально экологически опасным продуктом является ди­оксид углерода, хотя он обычно не рассматривается как загрязни- ^fJq тель среды. Увеличение концентрации диоксида углерода в атмо- Л сфере может вызвать парниковый эффект.

Большую опасность с учетом масштабности действия представ­ляют газовые выбросы высокотоксичных диоксидов серы и азота, которые происходят при переработке различных руд. Взаимодей­ствуя с водой облаков, они создают кислотную среду (отсюда про­исхождение термина «кислые дожди»).

Серьезное осложнение в экологическую проблему городов вно­сит образование смога и аналогичных загрязнений за счет высоко- ⁷ токсичных оксидов азота, которые в значительном количестве вы­деляются при работе двигателей внутреннего сгорания. Процесс образования смога включает следующие неорганические реакции: N₂ + 0₂ = 2NO (в цилиндре двигателя), 2NO + 0₂ = 2N0₂, N0₂ + + hv = NO + О, О Н- 0₂ т=. О3. Озон, образующийся в этом процес­се, является сильным окислителем, кроме того, он обладает раз­дражающим действием.

I Воздух загрязняется также промышленными дымами, которые могут содержать, помимо сажи, частицы тяжелых металлов, вызы­вающие заболевания легких. Улавливание таких металлов — необ­ходимое санитарно-гигиеническое требование.

70. Биологическая роль s–элементов I группы и применение их соединений в медицине.

Водород. Свободный водород в биосфере практически отсутст­вует. Главными формами его нахождения в биосфере являются природные воды, газы и органические вещества. В организмах во­дород входит в состав углеводородов, углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот и т. д. Водород не принимает участия в обра­зовании скелета органических соединений. Основное количество атомов водорода заключено в воде, на долю которой приходится более 90 % массы живой клетки. Вся химия клетки основана на том, что растворителем в клеточных системах служит вода.

Организм человека, масса которого составляет 70 кг, содержит I примерно 45 л воды. В организме имеются два основных вида № жидкости с разным составом электролитов, а именно: внутрикле- ]| точная, в которой преобладающим катионом является калий, и внеклеточная с преобладанием натрия.

Другое кислородное соединение водорода — пероксид водорода Н2О2, который образуется во всех клетках организма при различ­ных окислительно-восстановиТельных процессах как побочный продукт метаболизма и сразу же разлагается под влиянием фер­мента каталазы:

Н₂0₂ """" > Н₂0 + 1/2 0₂.

Литий. Это микроэлемент. Он является постоянной составной К частью живых организмов. Ион лития, имеющий наименьший В среди щелочных металлов радиус, в водных растворах так сильно I гидратирован (в составе ионогидрата удерживается 13 молекул во- I ды), что его размер в гидратированном состоянии намного пре­вышает радиусы гидратированных ионов Na⁺ (удерживает 8 моле­кул воды) и К⁺ (удерживает 4 молекулы воды). Это препятствует проникновению Li⁺ через ионные каналы клеточных мембран. Ионы Li⁺, оказывая влияние на активность некоторых ферментов, регулируют ионный Na⁺ — К⁺ баланс клеток коры головного моз­га. Именно поэтому литийсодержащие препараты находят широ­кое применение в психиатрической клинике.

Натрий и калий. Ионы Na⁺ и К⁺ распределены по всему орга­низму, причем первые входят в состав преимущественно межкле­точных жидкостей, а вторые находятся главным образом внутри клеток. Внутриклеточная концентрация ионов натрия составляет менее 10 % его содержания во внеклеточной жидкости, тогда как концентрация ионов калия внутри клеток почти в 30 раз выше, чем вне их.

Если оценивать абсолютные величины, то примерно 95 % ио­нов натрия, участвующих в обмене веществ, находится вне клеток и примерно такая же доля ионов калия — внутри клеток. С иона­ми Na⁺ связано осмотическое давление жидкостей, удержание во­ды тканями (15 г NaCl задерживает в организме человека до двух литров жидкостей), поддержание кислотно-щелочного равновесия в организме (NaHCC>3 — щелочной резерв крови — компонент гидрокарбонатной буферной системы), перенос аминокислот и Сахаров через клеточную мембрану.

Ионы Na⁺ и К⁺ активируют (Na⁺ + К⁺)-аденозинтрифосфатазу клеточных мембран, которая «выкачивает» ионы Na⁺ из клетки и обеспечивает сопряженное накопление ионов К⁺ в клетке. Раз­личные концентрации двух данных ионов по разные стороны мембраны обусловливают возникновение трансмембранной разно­сти потенциалов (до 100 мВ), что обеспечивает существование лег­кодоступного источника энергии для многих связанных с функ­ционированием мембран процессов.

Лекарственные препараты на основе соединений ^-элементов IA группы. В медицине применяются:

пероксид водорода Н2О2 (3%-й раствор); дезинфицирующее средство для промываний и полосканий при воспалительных забо­леваниях слизистых оболочек (стоматиты, ангины), для лечения гнойных ран, остановки носовых кровотечений и т. д.;

карбонат лития Ы2СО3; используется для лечения маниа­кального возбуждения при различных психических заболевани­ях; '

хлорид натрия NaCl; в зависимости от концентрации хлорида натрия различают изотонический (физиологический) и гипертониче­ский растворы. Изотоническим является 0,9%-й раствор NaCl, так как его осмотическое давление соответствует осмотическому дав­лению плазмы крови (7,7 атм). Изотонический раствор используют в качестве плазмозамещающего раствора при обезвоживании орга­низма, для растворения лекарственных веществ и т. д. Гипертони­ческие растворы (3-, 5-, 10%-й) применяют наружно в виде ком­прессов и примочек для лечения гнойных ран;

f 4) гидрокарбонат натрия ИаНСОз (питьевая сода); введение гидрокарбоната натрия в желудок приводит к быстрой нейтрали­зации соляной кислоты желудочного сока:

В NaHC0₃1 НС1 = NaCl + Н₂0 + С0₂Т;