Вопрос 92 Биологическая роль углерода. Химические основы использования неорганических соединений углерода в медицине и фармации

В фармации и медицине широко используются различные соединения углерода — производные угольной кислоты и карбо-новых кислот, полимеры и др. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции газов и выведения из организма различных токсинов, графит (в виде мазей) — для лечения кожных заболеваний, радиоактивные изотопы углерода — для научных медицинских исследований и т. д.

Изотоп 14С применяется в радиоиндикации, а также в археологии (для установления возраста археологических находок). В медико-биологических исследованиях используют продукты, меченые 14С.

Физиологическая роль углерода

В организм человека углерод поступает с пищей (около 300 г в сутки). Общее содержание углерода достигает около 21% (15 кг на 70 кг общей массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1 /3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина).

В биомолекулах углерод образует полимерные цепи и прочно соединяется с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Физиологическая роль углерода определяется тем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие практически во всех биохимических процессах в организме. Окисление соединений углерода под действием кислорода приводит к образованию воды и углекислого газа; этот процесс служит для организма источником энергии. Двуокись углерода С02 (углекислый газ) образуется в процессе обмена веществ и является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения.

В свободном виде углерод не токсичен, но многие его соединения обладают значительной токсичностью: окись углерода СО (угарный газ), четыреххлористый углерод СС14, сероуглерод CS2, соли цианистой кислоты HCN, бензол СбНв и ряд других. Углекислый газ в концентрации свыше 10% вызывает ацидоз (снижение рН крови), одышку и паралич дыхательного центра.

Длительное вдыхание каменноугольной пыли может привести к антракозу — заболеванию, которое сопровождается отложением угольной пыли в ткани легких и лимфатических узлах, склеротическими изменениями легочной ткани. Токсическое действие углеводородов и других соединений нефти у рабочих, занятых в нефтедобывающей промышленности может проявиться в огрубении кожи, появлении трещин и язв, развитии хронических дерматитов.

Суточное поступление

с продуктами питания: 300 г [7]

Суточное поступление своздухом: 3,7 г [7]

Резорбция (%): 10% [7]

Суточное выведение с воздухом: -300 г [7]

Период полувыведения из организма: 37 суток [7]

Число атомов в теле человека: 6,4х 10 [26]

Число атомов в одной клетке: 6,4х 10 [ 12]

Среднее содержание в человеческом организме:

кг/70 кг: 16 [8]

кровь: 25000 мг/л [12]

кости: 280000 мг/кг [10]

Токсическая доза для человека: может быть токсичен в форме

СО [8] или цианидов (CN~) [2]

Биологическая роль: углерод - биогенный элемент. Его соединения играют особую роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов (среднее содержание углерода 18%). Углерод широко распространен в космосе; на Солнце он занимает 4-е место после водорода (H), гелия (He) и кислорода (O).

Углерод является элементом-органогеном.  Его содержание в организме составляет 18% от общего веса, то есть более 12 кг для взрослого.  Атомы углерода являются структурной основой всех органических соединений, образуя бесконечное множество различных веществ (известно несколько миллионов органических соединений). Органические соединения углерода являются одним из основополагающих факторов жизни на Земле.

Биологическая роль углерода

Как и другие элементы-органогены, углерод в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением, - биологической ролью обладают его соединения.

из различных соединений углерода (белки, жиры, углеводы, нуклеотиды, гормоны, амино- и карбоновые кислоты и др.) состоят все ткани организма

является структурным компонентом всех органических соединений

его соединения участвуют во всех биохимических процессах

при окислении соединений углерода образуется необходимая для организма энергия

оксид углерода (IV) CO₂, образующаяся в результате окисления соединений углерода, стимулирует дыхательный центр, регулирует значение рН крови

Пищевые источники углерода

Углерод находится во всех пищевых продуктах в виде соответствующих органических соединений. Человеческий организм не способен усваивать неорганические соединения углерода.

Дефицит углерода

Не наблюдается.

Избыток углерода

Не наблюдается. Возможны отравления токсичными соединениями оксид углерода (II), четыреххлористый углерод, сероуглерод, соли цианистой кислоты, бензол и другие.

Суточная потребность в углероде не нормирована