Toxic

11

Наоборот, ртуть является для организма ядом, посколь- ку необратимо связывается с ферментами, подавляя их актив- ность.

Иногда можно услышать, что есть металлы вредные и полезные. Это не совсем верно, так как все зависит от потреб- ляемого количества. Например, имеются данные о явлениях,

сопровождающих избыточное или недостаточное потребление натрия на примере наиболее распространенного соединения – поваренной соли NaCl. Суточная потребность организма в хло- риде натрия (2–10 г) зависит от количества соли, теряемой с потом. При потреблении 10-кратного избытка NaCl превра- щается в смертельный яд. При регулярном 2–3-кратном избы- точном потреблении соли возникает гипертоническая болезнь. При недостаточном потреблении – усиленное выделение воды из организма. Таким образом, роль металлов в организме чрез- вычайно велика.

Существует связь между биологической активностью элементов и их распространенностью в земной коре. Все они, исключая Mo, относительно распространены в земной коре. Из распространенных элементов, не проявляющих биологической активности, отметим Si, Al, Ti и Zr. Элементы, которые в наи- большей степени опасны для окружающей среды, наименее распространены в земной коре – As, Pb, Cd и Hg. Можно сде- лать однозначный вывод: живая природа использует те эле- менты, которые распространены и легкодоступны для нее. Редкие элементы не используются живыми организмами, по- скольку они малодоступны.

Многие элементы, полезные в естественных природных концентрациях, становятся токсичными при более высоких и более низких концентрациях. Интересны в этом отношении Cu, Se и даже Na. Все организмы океана приспособлены к жизни в 0,6 М растворе NaCl, но при слишком высокой кон- центрации NaCl становится токсичным и вызывает гиперто- нию, т.е. осмотическую дегидратацию. Живые организмы ис-

12

пользуют эти элементы и адаптируются к ним. Использование и применение редких элементов с рассеиванием их в окру-

жающую среду может привести к серьезным экологическим проблемам, к которым человек никогда не привыкнет /9/.

Количественная оценка токсичности элементов – слож- ная проблема. Из-за разнообразных совместных эффектов взаимодействия различных компонентов биологических сис- тем почти невозможно определить границы «полезных» (до- пустимых) и «вредных» (опасных) концентраций. Также бес- конечно разнообразны сами организмы. Действительно, пища одного человека может быть ядом для другого. Не редки явле- ния, когда жизненно важный элемент становится токсичным при концентрациях, выше нормальной. Селен – жизненно важный элемент для млекопитающих, однако, для растений, концентрирующих этот элемент, он – яд.

В наши дни, когда биосфера все больше и больше за- грязняется самыми разными соединениями, когда началось ес- тественное перераспределение концентрации ионов металлов, мы начинаем сознавать, что не имеем представления о множе- стве факторов, влияющих на судьбу живой материи.

Очень часто ион какого-либо металла (особенно при его недостатке) в организме может замещаться близким по хими- ческим свойствам и ионному радиусу ионом другого металла, обычно соседа по группе периодической системы. Так натрий может замещаться литием, калием и рубидием, кальций – стронцием, молибден – ванадием, железо – кобальтом.

Иногда же взаимозаменяются ионы весьма отличных по своим свойствам металлов, например ионы Mg2+ ионами Mn2+. Это говорит о заменяемости элементов жизни (в частности в фер- ментативных системах), что в первую очередь зависит от хи- мического состава среды. Известны случаи, когда один и тот же фермент активируют ионы 15 различных металлов. Легко представить, как может отразиться на жизненных процессах

резкое нарушение естественного микроэлементного состава

13

среды. И выручить тут может только тщательная защита при- роды от неразумного загрязнения.

1.1 S-ЭЛЕМЕНТЫ I ГРУППЫ

1.1.1 Литий

Антропогенные источники: предприятия по произ-

водству лития; производство синтетических волокон (хлорид лития для барабанных сушилок); промышленные сточные во- ды (при их использовании для орошения сельскохозяйствен- ных культур происходит аккумуляция лития почвой и расте- ниями, при этом возникает угроза хронического отравления людей); сжигание угля (ежегодно высвобождается количество лития, в 20 раз превышающее годовой вынос этого металла речным стоком).

Биологическая роль. Содержание лития в животных организмах составляет 10-4 %. Литий входит в состав крови, тканей и органов человека и животных. Особенно много лития в мышцах. В фазе сокращения миокарда в его клетках вместо ионов Na+ и K+ накапливаются ионы Li+.

Содержание в человеческом организме:

В соответствующих количествах, некоторые соединения лития оказывают положительное влияние на больных, стра- дающих маниакальной депрессией. Объясняют этот факт двоя- ко. С одной стороны установлено, что литий способен регули- ровать активность некоторых ферментов, участвующих в пере-

носе из межкостной жидкости в клетки мозга ионов натрия и

14

калия. С другой стороны – ионы лития непосредственно воз- действуют на ионный баланс клетки. А от баланса ионов Na+ и K+ зависит в значительной мере состояние больного: избыток натрия в клетках характерен для депрессивных пациентов, не- достаток – для страдающих манией. Выравнивая натриево- калиевый баланс, ионы лития оказывают положительное воз- действие и на тех и на других.

Дефицит лития в организме человека приводит к пси- хическим расстройствам, которые можно излечить препарата- ми на его основе.

В последние годы появилась серия публикаций о чрез-

вычайно миниатюрных электрохимических источниках тока (батареях, аккумуляторах) с различными соединениями лития. Такие батареи работают, в частности, в новых стимуляторах сердечной деятельности.

Карбонат, салицилат, а также цитрат лития используют как лечебное средство от подагры. Употребляемые для борьбы

с этой болезнью минеральные воды в качестве действующей составной части содержат соли лития.

Токсическое действие лития проявляется при повы- шенном содержании его в организме.

Токсическая доза - 92-200 мг;

Летальная доза - данные отсутствуют.

Так, у человека избыток лития вызывает общую затор- моженность, нарушение дыхания и сердечного ритма, сла- бость, сонливость, потерю аппетита, жажду, расстройство зре- ния, а также дерматит лица и рук.

Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов воздействуют на кожу и слизистую оболочку прижигающим образом, растворяя белки с образованием щелочных альбуми- нов. После ожогов остаются «рубцы». Растворы действуют тем сильнее, чем выше концентрация и температура. Очень опасны для глаз – поражается не только роговица, но и глубокие части глаза. Исходом может быть слепота.

15

При попадании на кожу необходимо промыть поражен- ный участок под струей воды в течение 10 минут. Затем сде- лать примочки из раствора уксусной, хлороводородной или лимонной кислоты (ω(к-ты) = 50 %). При попадании в глаза их необходимо тщательно промыть под струей воды или физио- логическим раствором в течении 10-30 минут. Затем закапать 2 %-ный раствор новокаина.

Меры предосторожности. Резиновые перчатки, за-

щитные очки.

1.1.2 Натрий

Антропогенные источники: сжигание угля, выбросы предприятий черной металлургии, промышленно-бытовые сточные воды, использование NaCl в качестве средства против обледенения шоссейных дорог или Na2CO3 для умягчения во- ды.

Биологическая роль. Важен для большинства форм жизни, включая человека.

Содержание в человеческом организме:

Содержание натрия в животных организмах достигает 10-1 масс. %. Натрий у животных сосредоточен преимущест- венно в тканевых соках (лимфе, крови). Ионы Na+ поддержи- вают у животных и человека нормальную возбудимость мы- шечных клеток, участвуют в сохранении кислотно-основного баланса в организме, в регуляции сердечной деятельности (ус- покаивают), удерживают воду в организме.

16

В человеческих и животных тканях и в жидкостях орга- низма содержится небольшое количество KCl наряду с боль- шими количествами NaCl.

Употребляемый для физиологических опытов с живот- ными рингеровский раствор (аналогичный по составу сыво- ротке крови), который, например, может поддерживать дея- тельность изолированного сердца, на 100 ч. раствора NaCl (ω (NaCl) = 0,6 %) содержит по 1ч. раствора NaHCO3 (ω(NaHCO3)

=1 %), раствора CaCl2 (ω(CaCl2) = 1 %) и раствора KCl (ω(KCl)

=0,75 %).

Токсическое действие. Нетоксичен. Избыток ионов на-

трия в организме человека чаще всего обусловлен чрезмерным употреблением поваренной соли. Это приводит к нарушению водного обмена, сгущению крови, вызывает дисфункцию по- чек, некоторые сердечно-сосудистые заболевания, а также об- щее нарушение обмена веществ.

Соединения натрия должны поступать в организм в со- ставе натуральных продуктов.

1.1.3 Калий

Антропогенные источники: выбросы металлургиче-

ских предприятий, автомобильного транспорта; переработка калийно-магниевых руд, производство хлорида калия. 13 масс. % земной коры приходится на калийсодержащий минерал ор- токлаз К2О .Al2O3 6SiO2. Разрушение этого минерала водой и углекислым газом приводит к образованию поташа (K2CO3),

который и является основным поставщиком калия в почву в виде ионов К+. Однако, только незначительная часть этого ио- на находится в свободном виде, доступном для усвоения рас- тениями. Основная же масса поглощается коллоидными час- тицами почвы, откуда извлечь его растениям не просто. Эта же причина «запирает» калий в почве, т.е. он трудно из почвы

17

вымывается, поэтому в морской воде калия в 50 раз меньше, чем натрия.

Биологическая роль. Калий входит в состав всего жи- вого, по при этом не входит ни в одно органическое соедине- ние.

Калий входит в состав всех растений: в плоды, в стебли и в корни. Ионы калия влияют на процесс фотосинтеза и рост растений, активизируют работу многих ферментных систем, снижают вязкость цитоплазмы, являются участниками калий- натриевого насоса в клетке. Установлено, что открытие устьиц листьев на свету связано с накоплением ионов К+ в замыкаю- щих клетках. Ионы калия активизируют синтез органических веществ, особенно углеводов (недостаток калия делает плоды менее сладкими); влияют на азотный обмен – недостаток калия приводит к накоплению аммиака, а это грозит отравлением и гибелью растения. При недостатке калия растения хуже пере- носят засуху и мороз; клетки хуже удерживают влагу, сжима- ются и отмирают. Недостаток калия делает плоды плохо хра- нящимися, а у зерновых получается слабая солома – полегание хлебов.

В биологии человека роль калия также огромна.

Содержание в человеческом организме:

Установлено, что соли калия не могут быть заменены в организме человека никакими другими солями. В основном калий содержится в крови и протоплазме клеток. Богаты кали- ем печень и селезенка.

18

Ионы калия регулируют белковый и углеводный обмен, участвуют в генерации биоэлектрических потенциалов, под- держивании осмотического давления, в углеводном обмене, синтезе белков. Калий - основной внутриклеточный катион, тогда как натрий находится во внеклеточной жидкости. Калий необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствует выделению избыточного натрия, тем самым избавляя организм от лишней воды и уст- раняя отеки. Калий - противосклеротический элемент, препа-

раты на его основе применяют для профилактики нарушений деятельности сердечно-сосудистой системы.

Организм ребенка (как и молодое растение) требует больше калия, чем организм молодого человека. Суточная по- требность в калии у ребенка 12-13 мг на 1 кг веса, а у взросло- го человека – 2-3 мг, т.е. в 4-6 раз меньше. Большую часть не- обходимого для организма калия, человек получает из пищи растительного происхождения.

Существенна роль изотопов калия 40К, период полурас- пада которого составляет 1,3 млрд. лет. Он входит в состав

живых организмов и вносит значительный вклад в общую сумму естественного (фонового) облучения.

Велика, как видно, доля истинного в словах академика А.Т. Ферсмана, который сказал: «Калий – основа жизни».

Токсическое действие. При повышенных концентраци- ях калия в организме происходит разрушение коллоидного со- стояния сыворотки крови, усиление двигательной активности, учащение сердечного ритма, нарушение углеводного, жирово- го и белкового обменов и ионно-электролитного баланса, а также снижение иммунной активности.

Токсическая доза - 6 г. Летальная доза - 14 г.

20

1.1.5Контрольные вопросы

1.Какого s-элемента I группы в организме человека больше и во сколько раз?

2.Вычислите суточную потребность вашего организма в ка- лии.

3.Какие отходы производства образуются при получении кар- боната натрия аммиачным методом?

4.В чем заключается биологическое действие а) натрия; б) ка- лия?

1.2S–ЭЛЕМЕНТЫ II ГРУППЫ

1.2.1 Бериллий

Антропогенные источники: попадает в окружающую среду с газовыми выбросами.

Биологическая роль. Бериллий обнаружен в растениях, произрастающих на бериллийсодержащих почвах, а также в тканях и костях животных (и человека). Но если для растений бериллий безвреден, то у животных он вызывает так называе- мый бериллиевый рахит, т.к. повышенное содержание солей бериллия в пище способствует образованию в организме рас- творимого фосфата бериллия. Постоянно «похищая» фосфаты, бериллий тем самым способствует ослаблению костной ткани - это и есть причина болезни.

Содержание в человеческом организме:

∙ Мышечная ткань, % - ∙ Костная ткань, % - ∙ Кровь, мг/л -

∙ Содержание в организме среднего человека (масса тела 70 кг) -

∙ Ежедневный прием с пищей -