Ш Ферум у харчових продуктах та особливості його засвоєння в організмі

Фізіологічна роль осмосу

Осмос відіграє важливу роль у життєдіяльності рослинних і тваринних організмів, сприяючи достатньому обводненню клітин і міжклітинних струк­тур. Оболонки клітин є напівпроникними мембранами. Сталий осмотичний тиск у клітинах зумовлює пружність клітин і тканин — тургор, сприяючи тим самим підтриманню еластичності тканин. Розміщуючи рослинні клітини у воді, можна спостерігати переміщення води всередині клітин, що призводить до їх набрякання, а потім і до розриву. Таке руйнування клітин називають лізисом. У концентрованих розчинах солей, навпаки, спостерігається змор­щування клітин — плазмоліз, зумовлений втратою води.

Розчини з однаковим осмотичним тиском називають ізотонічними. Кров, лімфа, рідини тканин людини — це розчини багатьох речовин, їх су­марний осмотичний тиск за температури 37 °С становить близько 0,8 МПа (740—780 кПа). Такий самий тиск створює й 0,9 % розчин NaCl, який є ізо­тонічним крові. Ізотонічні розчини не спричинюють змін у клітинах. Саме тому розчини деяких ліків для внутрішньовенного введення виготовляють не на дистильованій воді, а на розчині натрій хлориду з масовою часткою 0,9 %, який має такий самий осмотичний тиск, як і плазма крові. У медицині цей розчин дістав назву — фізіологічного розчину.

Гіпертонічні розчини мають вищу концентрацію й осмотичний тиск. Вони зумовлюють цитоліз еритроцитів (вода виділяється з еритроцитів, вони зморщуються).

Гіпотонічні розчини мають менші концентрацію та осмотичний тиск. Вони спричинюють гемоліз еритроцитів (еритроцити руйнуються).

Осмотичний тиск біологічних рідин у різних організмах неоднаковий. Відомо, що в тканинах рослин, які вбирають воду із землі, осмотичний тиск сягає 0,5—2 мПа, а в деяких рослин пустель та солончаків — до 18 мПа. Найбільший тиск відмічено в наземних частинах рослин— листках і парост­ках. У рослин, а також у багатьох морських тварин і риб осмотичний тиск тканинних рідин може істотно змінюватися залежно від тиску зовнішнього середовища.

Під час консервування харчових продуктів застосування високих концентрацій солі або цукру призводить до плазмолізу мікроорганізмів, вна­слідок чого вони стають нежиттєдіяльними.

Натрій. Загальний вміст Натрію в організмі становить приблизно 105 г. Він є головним катіоном позаклітинних рідин організму (наприк­лад, вміст Na⁺ в сироватці крові дорослих за нормою становить 137— 150 ммоль/л, а в еритроцитах 9—28 ммоль/л). Натрій накопичується в певних місцях, утворюючи його природні депо. У складі кісткової тканини міститься близько 44 % загальної кількості Натрію, і лише 6 % локалізується внутрішньоклітинно.

Біологічна роль Натрію полягає у підтриманні осмотичного тиску; це основний елемент у створенні нормального осмотичного тиску; йони Na⁺ також беруть участь у підтриманні кислотно-основного стану (КОС), передаванні збудження вздовж не­рвового волокна. Натрій надходить в організм з їжею, добова потреба в ньому — близько 5 г. Виводиться з організму переважно нирками, лише 5—10 % Натрію виділяється з потом і калом.

Баланс Натрію в організмі регулюється ЦНС, ендокринною системою і нирками. Гормон кори надниркових залоз альдостерон сприяє затриманню Na⁺ в організмі.

Патологією обміну Натрію є гіпо- та гіпернатріємія.

Гіпонатріємія свідчить про особливо тяжкі розлади мінерального обміну в умовах серцевої недостатності. У разі загального надлишку Натрію в організмі гіпонатріємія може бути результатом депонування його у так званому «третьому просторі», тобто в тих рідинах, що утворюються в порожнинах організму при патологічних станах. Таке явище спостерігається у разі масивного випоту в плевру, швидкого розвитку асциту, формування заочеревинного випоту при травмах, ранових набряків, переміщення Натрію після введення в підшкірну жирову клітковину бідних на Натрій рідин.

Гіпонатріємія може бути проявом синдрому невідповідної секреції вазопреси­ну — антидіуретичного гормону, коли спостерігається посилене затримання нирка­ми вільної води.

Абсолютна нестача Натрію в організмі може настати внаслідок безсольової дієти чи тривалого внутрішньовенного введення рідин, бідних на електроліти. Іншою при­чиною може бути надлишкова втрата Натрію організмом внаслідок проносів, блю­вання, ниркової недостатності.

Гіпернатріємія спостерігається у разі гіперпродукування альдостерону, значних виділень рідини без втрати солей, при хронічних нефритах, гепатитах, цирозі печінки, менінгітах, енцефалітах.

Медичне застосування

□ NaCI (натрій хлорид) — 0,9 % розчин (ізотонічний, або фізіологічний) викорис­товують при значних крововтратах внутрішньовенно як замісник плазми крові для підтримання осмотичного тиску та об'єму циркулюючої крові; при втратах рідини організмом внаслідок блювання, проносу, опіків. 5—10 % розчин (гіпер­тонічний) використовують зовнішньо для промивання гнійних ран;

□ NaHCО₃ (натрій гідрогенкарбонат, або питна сода) застосовують при підви­щеній кислотності шлункового соку, виразковій хворобі шлунка та дванадцяти­палої кишки; як відхаркувальний засіб; для полоскання носа, порожнини рота, промивання очей;

□ NaBr (натрій бромід) використовують як заспокійливий засіб;

□ Nal (натрій йодид) — для компенсації нестачі йоду в організмі.

Калій. Концентрація Калію в клітині приблизно у 25 разів вища за його концентрацію в позаклітинній рідині (вміст Калію в сироватці крові дорослих у нормі становить 3,6—5,3 ммоль/л, в еритроцитах — 79,9—99,3 ммоль/л). Приблизний вміст Калію в організмі людини масою 70 кг становить 250 г. Не весь внутрішньоклітинний Калій здатний впливати на осмотичний потен­ціал. Основним депо Калію є м'язова тканина.

Біологічна роль. Калій бере участь у підтриманні осмотичного тиску та КОС у клітинах; разом з Натрієм створює різницю потенціалів по обидва боки клітинної мембрани, що забезпечує енергією фізіологічні процеси, які відбуваються в мембра­нах; є учасником процесів біосинтезу білка, глікогену, АТФ, ацетилхоліну; сприяє передаванню збудження нервово-м'язовим волокном.

Виводиться Калій з організму переважно нирками, а незначні його кількості — з калом, потом, слиною. Калій виводиться легше, ніж Натрій, сприяє діурезу.

Регуляція рівня К⁺ у крові здійснюється ЦНС і гормонами — альдостероном та інсуліном. Калійчутливі рецептори розміщені у кровоносних судинах печінки, ни­рок, тонкої кишки. Альдостерон посилює секрецію Калію нирковими канальцями, сприяючи зниженню його концентрації в організмі. Інсулін, навпаки, зменшує втрати Калію нирками і полегшує його транспортування до клітин. Шок при тяжких опіках зумовлений втратою клітинами йонів К⁺. Введення йонів Калію сприяє розслаблен­ню серцевого м'яза між скороченнями серця.

Патологія обміну Калію виявляється гіпо- або гіперкаліємією.

Гіпокаліємія спостерігається при первинному альдостеронізмі, а також супровод­жує періодичний м'язовий параліч, який виникає при мігрені, епілепсії, прогресу­ючій м'язовій атрофії.

Гіпокаліємія може бути також наслідком недостатнього надходження Калію, його втрати через травний канал, нирки (при хронічному нефриті, гострому канальцевому некрозі, при лікуванні діуретиками), надмірного надходження Калію в клітини (при цукровому діабеті, що лікується інсуліном) та масивної крововтрати.

Корекцію гіпокаліємії здійснюють уведенням розчину солей Калію під постійним контролем його рівня в плазмі й за допомогою електрокардіограми.

Гіперкаліємія може спостерігатися під час посиленого розпаду тканин у резуль­таті травм, опіків, крововиливу, при діабетичній комі, а також унаслідок надлишко­вого введення Калію.

Зміни балансу Калію стають причиною серйозних порушень діяльності серця.

Медичне застосування:

□ КС1 (калій хлорид) вводять в організм при гіпокаліємії, що виникає внаслідок приймання діуретиків; використовують як антиаритмічний засіб; для приготу­вання сольових розчинів — плазмозамінників при втратах рідини.

□ СН₃СООК (калій ацетат) є ефективним сечогінним засобом, який діє у разі серцевих та ниркових набряків.

Поняття про мембранний потенціал. Мембранний потенціал пов'язаний з нерівномірним розподілом йонів К⁺, Na⁺, Сl^- між клітиною та міжклітинним просто­ром і неоднаковою проникністю плазматичної мембрани для цих йонів (рис. 1.3, кольор. вклейка). У клітині міститься більше йонів К⁺, а в позаклітинному просто­рі — йонів Na⁺, Сl^-. У стані спокою йони К⁺, Сl^- легко проникають через спеціальні канали в міжклітинний простір і також легко можуть повертатись у клітину. Однак плазматична мембрана майже непроникна для йонів Na⁺. Отже, між зовнішньою по­верхнею клітини та її внутрішнім вмістом виникає різниця потенціалів зі знаком «мінус» усередині клітини та знаком «плюс» поза клітиною.

У разі виникнення збудження в нервових, м'язових, деяких залозистих клітинах проникність плазматичної мембрани для йонів Na⁺ змінюється (приблизно в 500 ра­зів). Під час подразнення клітини канали відкриваються й велика кількість йонів Na⁺ легко проникає в клітину та призводить до перезаряджання внутрішньої частини плазматичної мембрани на «плюс», а зовнішньої — на «мінус».

Таке перезаряджання плазматичної мембрани по обидва боки призводить до пере­давання нервового імпульсу вздовж клітини. Після короткотривалої (1—2 мс) підвищеної проникності мембрани для йонів Натрію настає підвищена її проникність для йонів Калію. Для того щоб відновити заряд внутрішньої поверхні мембрани (з «плю­са» на «мінус»), клітина виводить назовні велику кількість Na⁺, а оскільки його там і так багато (перенесення відбувається проти градієнта концентрації), то цей процес викачування супроводжується витратами енергії, що вивільнюється під час розщеп­лення АТФ.

Такий процес перезаряджання плазматичної мембрани супроводжується виник­ненням біжучої хвилі збудження й зумовлює її рух по волокну на великі відстані (до 1,5 м у дорослої людини).

Літій впливає на обмін речовин у нервовій тканині. Він пригнічує по­глинання кисню корою головного мозку й частково збільшує в підкірко­вих зонах. На відміну від солей Цезію, Рубідію та Селену солі Літію чи­нять тривалу, але помірну гіпотензивну дію, знижуючи артеріальний тиск. Розчинні солі Літію пригнічують збудження, патологічну емоційну нестійкість та агресивність при психічних захворюваннях.

Медичне застосування:

□ Li₂CO₃ (літій карбонат) використовують для профілактики та лікування деяких нервово-психічних захворювань.

Кальцій міститься в організмі переважно в кістках, дентині та емалі зубів. Невелика кількість міститься в позаклітинних рідинах. У плазмі крові розрізняють кілька фракцій Кальцію: йонізований; нейонізований, але здатний до діалізу; недіалізований білокзв'язаний Кальцій.

Будова атома: ₂₀Са 1 s² 2 ² 2 p⁶ 3 s³ 3 p⁶ 4 s² — хімічно дуже активний;

Са⁰-2е^- → Са²⁺

Будова йона: ₂₀Са²⁺ 1 s² 2 s² 2 p⁶ 3 s³ 2 p⁶ 4 s⁰.

Біологічно активним є тільки йонізований Кальцій. Його кількість становить 50 % загального вмісту цього елемента в організмі.

Біологічна роль. Кальцій бере участь у регуляції серцевого ритму й транспорту­ванні поживних речовин крізь клітинну мембрану; процесах згортання крові; функціонуванні нервової та м'язової систем. Відіграє важливу роль у проведенні нер­вових імпульсів, забезпечує рівновагу між процесами збудження й гальмування в корі головного мозку, бере участь у скороченні м'язів. Він також знижує рівень хо­лестерину в крові, активізує процеси розщеплення глікогену в печінці, бере участь у процесах поділу клітин, секреції гормонів (зокрема інсуліну), модуляції електричної активності клітин тощо.

Добова потреба організму дорослої людини в Кальції в нормі становить близько 1—1,5 г. Особливо значна і постійна потреба в Кальції у дітей, а також у жінок у період вагітності та годування немовлят.

Кальцій виводиться з організму із сечею, а також слинними залозами та у складі шлункового соку й секрету підшлункової залози.

Обмін Кальцію регулюється гормонами прищитоподібних і щитоподібної за­лоз — кальцитоцином та паратгормоном. Паратгормон впливає на кісткову ткани­ну, нирки і травний канал. При цьому спостерігається підвищення концентрації йонів Са²⁺ у крові. Вплив гормону на кісткову тканину виявляється у збільшеному вивіль­ненні з кісткового матриксу Са²⁺ (мобілізація), у нирках посилюється канальцева ре­абсорбція Са²⁺ і стимулюється синтез кальцитріолу (активна форма вітаміну D), що підсилює всмоктування Са²⁺ в кишках.

Кальцитоцин знижує рівень Кальцію в крові через виведення Са²⁺ із сечею та гальмування виходу з кісткової тканини.

У нормі синтез цих гормонів перебуває в динамічній рівновазі.

Патологія обміну Кальцію може виявлятися у формі гіпо- або гіперкальціємії.

Гіпокальціємія спостерігається при гіпопаратиреозі, що призводить до зниження рівня йонізованого Кальцію в крові. При цьому виникають спазми м'язів рук і ніг, су­доми (тетанія) м'язів ніг та спини, розм'якшення кісток, остеопороз, руйнування зубів. Зниження рівня Кальцію спостерігається при механічних жовтяницях, нефро­зах, гломерулонефритах, гіповітамінозі D (що особливо важливо в дитячому віці, адже в такому разі розвивається рахіт).

Гіперкальціємія виникає при гіперфункції прищитоподібних залоз, деструктив­них процесах у кістках. Надлишок Кальцію супроводжується такими явищами, як зниження апетиту, закреп, спрага, підвищений діурез, гіпотонія м'язів, ослаблення рефлексів, підвищення тиску.

Медичне застосування:

□ СаСl₂ (кальцій хлорид) широко використовують при алергічних захворюваннях (знімає набряки, запалення); як кровоспинний засіб; при спазмах серцево-судин­ної системи; переломах кісток; нестачі Кальцію в організмі;

□ Кальцій лактат, кальцій глюконат застосовують у тих самих випадках, що й кальцій хлорид;

□ CaSO₄ • 2Н₂О (гіпс) — біло-сірий порошок, який при змішуванні з водою швид­ко твердне. На цій властивості ґрунтується його застосування в медицині для гіпсових пов'язок при переломах кісток.

Магній. В організмі дорослої людини міститься 20—25 г Магнію, з них половина — в кістках і третина — у м'язах. Концентрація елемента в клітинах значно вища, ніж у міжклітинній рідині та плазмі крові. Більша частина Магнію в клітинах зв'язана з білками й такими низькомолекулярними сполу­ками, як нуклеотидфосфати (АМФ, АДФ, АТФ тощо), а також утворює комплекси з нуклеїновими кислотами.

Біологічна роль. Йони Mg²⁺ беруть участь у передаванні нервового імпульсу, ско­роченні м'язів, метаболізмі вуглеводів. Магній входить до складу системи пропердину, яка захищає від інфекційних хвороб; пригнічує всмоктування Са²⁺ (замішує його); затримує Фосфор в організмі; сприяє виділенню жовчі, стимулює перисталь­тику кишок, знижує рівень холестеролу.

Магній можна назвати центральним елементом енергетичних процесів. Магній — один з основних активаторів ферментативних процесів. Він активує ферменти синте­зу та розпаду АТФ.

Патологія обміну Магнію може виявлятися у формі гіпомагніємії.

Гіпомагніємія може спостерігатися при нестачі білка і низькій енергетичній цінності дієти. До дефіциту Магнію в організмі призводить також втрата його із се­чею. Клінічні ознаки гіпомагніємії такі самі, як і при гіпокальціємії: підвищена не­рвово-м'язова збудливість, розлади психіки, які лікують за допомогою розчину магній хлориду.

Добова потреба організму в цьому елементі становить 300—350 мг.

Медичне застосування:

□ MgSO₄ • 7Н₂O (магній сульфат семиводний, англійська сіль) використовують як послаблювальний засіб. Проносна дія цієї солі пов'язана з майже повною непро­никністю стінок кишок для йонів Mg²⁺, внаслідок чого відбувається осмотичне перенесення води крізь стінки кишок.

□ Солі Магнію використовують для гальмування нервової системи (у великих до­зах може зумовити наркотичний стан); при гіпертонічній хворобі; при епілепсії та атеросклерозі.

Йони d-елементів мають незаповнені J-енергетичні підрівні (в періодичній сис­темі хімічних елементів Д.І. Менделєєва їх позначають синім кольором). До цієї гру­пи належать лише метали. Незавершеність й?-підрівня зумовлює різні ступені окис-нення цих елементів, їх здатність брати участь у різних окисно-відновних реакціях, можливість утворювати комплексні сполуки.

Ферум належить до d-елементів. В організмі міститься у вигляді йонів

зі ступенями окиснення +2 та +3. В окисно-відновних реакціях, які відбуваються на мембранах мітохондрій, катіони Феруму можуть перетворю­ватись один в одного, відщеплюючи або приєднуючи електрони.
Гіпофосфатемія спостерігається при гіперпродукуванні паратгормону, введенні інсуліну, при гіповітамінозі D з розвитком рахіту в дітей.

Гіперфосфатемія виникає при гіпопаратиреозі, гіпервітамінозі D, атрофії печін­ки, лейкозах.

Медичне застосування:

□ АТФ {натрій аденозинтрифосфат) застосовують у разі порушень м'язової діяль­
ності (дистрофії) та хронічної серцевої недостатності.

Алюміній належить до незамінних для живого організму мікроеле-

ментів. Добова потреба організму людини в ньому становить 4У мг.
Біологічна роль Алюмінію вивчена недостатньо. У невеликих кількос­
тях він міститься в головному мозку людини й тварин (приблизно 0,25 % сирої маси).
У менших кількостях він є в підшлунковій залозі та слизовій оболонці шлунка.
Алюміній є необхідним елементом для процесів травлення. Відомо, що він бере
участь у побудові епітеліальної й сполучної тканин організму та у процесах регене­
рації кісткової тканини.
Медичне застосування:

□ солі Алюмінію мають в'яжучу, протизапальну, кровоспинну та антимікробну

дію;

□ А1(ОН)₃ {алюміній гідроксид) застосовують зовнішньо у вигляді присипок, паст, мазей як адсорбівний та обволікальний засіб у дерматології. У вигляді суспензії в суміші з магній гідроксидом він входить до складу лікарського препарату «Альмагель», який використовують при лікуванні гастриту та виразки шлунка як антацидний, адсорбівний та обволікальний засіб.

□ KA1(S0₄)₂' 12Н₂0 {алюміній-калій сульфат, алюмокалієві галуни) використову­ють у медичній і косметологічній практиці у вигляді водних розчинів як в'яжу­чий і кровоспинний засіб. Селен. Сполуки Селену в невеликих кількостях корисні й майже необхідні для організму.

Біологічна роль. Селен входить до складу активного ферменту печінки

та еритроцитів — глутатіонпероксидази, який бере участь у знешкодженні токсич­них для організму людини пероксидів. Селен функціонально пов'язаний з вітаміном Е і гальмує функцію трипсину; збільшує еластичність тканин та надходження кисню

до серцевого м'яза.

Патологія обміну. Надлишок Селену призводить до підвищеної втоми, випадін­ня волосся та розхитування зубів.

Медичне застосування:

□ Вчені Гарвардського університету встановили, що Se дає позитивні результати

при лікуванні раку простати.

Біологічна роль. Загальний вміст Феруму в організмі дуже незначний (3—5 г). Однак цієї кількості достатньо для забезпечення газообмінної функції еритроцитів та процесів клітинного дихання. У вільному вигляді Ферум в організмі не трапляється, а входить до складу різних комплексів. Ферум поділяють на внутрішньо- та поза­клітинний. До внутрішньоклітинних сполук належать: гемоглобін (до 70 % усього Феруму організму), міоглобін — дихальний білок серцевого та скелетного м'язів, що виконує транспортування кисню до клітин. Гемоглобін та міоглобін складаються з гему (Fe²⁺ + протопорфірин) та білкової частини — глобіну). До внутрішньоклітин­них сполук Феруму належить ряд ферумвмісних ферментів — цитохроми, каталаза, пероксидаза та ін. До них відносять також феритин і гемосидерин, що складаються з білка та йонів тривалентного Феруму. У формі феритину й гемосидерину Ферум де­понується, утворюючи резерв у кістковому мозку, печінці та селезінці. Серед по­заклітинних сполук Феруму слід назвати білок плазми крові трансферин, що є транс­портною формою Феруму в крові. Він забезпечує доставку Феруму з кишок до кро­вотворних органів. Трансферин здатний насичуватися Ферумом до 40 % своєї загаль­ної маси. Трансферину належить провідна роль у загальній ферумзв'язувальній здат­ності плазми крові.

Добова потреба організму у Ферумі становить 11—30 мг. Здебільшого вона задо­вольняється Ферумом, що утворюється під час розпаду гемоглобіну еритроцитів, а також з тим, що надходить з їжею.

Виводиться Ферум з калом, сечею й потом, у жінок також під час менструального циклу.

Патологія обміну Феруму зазвичай пов'язана з його дефіцитом, що розвивається при крововтратах, недостатнім надходженням з їжею, порушенням всмоктування в кишках, недостатнім вивільненням з депо організму. При цьому розвиваються фе-румдефіцитні анемії.

Медичне застосування: (залізний купорос) використовують під час лікування анемій, зу­мовлених дефіцитом Феруму в організмі, а також у разі слабкості та виснаження організму. Ця сполука є основою таких препаратів, як фероплекс, феромед, фер-лецид та феро-градумент, до складу яких вона входить у комплексі з фолієвою та аскорбіновою кислотами, вітамінами та вуглеводами, що сприяють засвоєнню Феруму. Вживаючи препарати Феруму, слід пам'ятати, що вони засвоюються в кислому середовищі, а такі продукти харчування, як яйця та молоко перешкод­жають процесу засвоєння Феруму; Q Fe (відновлене залізо) — використовують у тих самих випадках, що й залізний

купорос;.;,,..,.

(ферум (II) карбонат) — використовують для лікування ферумдефіцит-

них анемій; (ферум (III) хлорид) — сильний окисник. Найширше його викорис­товують у медицині як дезінфекційний та кровоспинний засіб.

Ш Ферум у харчових продуктах та особливості його засвоєння в організмі

... максимальна кількість Феруму, що може засвоїтися з харчових продуктів, — це 2,5 мг за

добу;

... з лікарських препаратів, до складу яких входить Ферум, його засвоюється в 15—/І) разів

більше;

... велику кількість Феруму мигтять боби, соя, петрушка, горох, рис, гречка, шпинат, сушені аб­рикоси, чорнослив, родзинки;

... з продуктів рослинного походження Ферум засвоюється обмежено. Так, з рису, шпинату за­своюється не більше як 1 %, з кукурудзи, квасолі — 3 %, з бобів сої — 7 %;

... найкраще засвоюється Ферум, що входить до складу білків, які містять гем. З телятини може засвоїтися до 22 % Феруму, з риби — близько 11 %;

встановлено, що м'ясо, печінка й риба підвищують засвоєння Феруму, який входить до скла­ду овочів. Тому цілком виправдано подавати м'ясо з овочевим гарніром;

... в улюбленій багатьма гречаній каші з молоком, як з'ясувалося, молоко гальмує засвоєння Феруму, що міститься в гречці;

... танін, що міститься в чаї, перешкоджає засвоєнню Феруму з інших продуктів;

... безглуздо й навіть шкідливо рекомендувати хворим на ферумдефіцитну анемію вживати сиру або напівсиру печінку. По-перше, Ферум печінки засвоюється гірше, ніж Ферум, що входить до складу білків м'яса. По-друге, сира печінка може стати джерелом глистяних інвазій і тяжких сальмонельозних інфекцій.

Купрум. Серед «металів життя» цей елемент посідає одне з перших

місць. Він належить до життєво необхідних мікроелементів і відіграє важливу біологічну роль в усіх процесах, що відбуваються в організмі люди­
ни. Загальна масова частка Купруму в органах і тканинах людського організму стано­
вить КГЧ.

Як правило, в жіночому організмі Купруму більше, ніж у чоловічому. У дитячому організмі Купруму міститься втричі більше, ніж у дорослому, що визначається ви­щою інтенсивністю процесів метаболізму. Найбільший вміст Купруму зосереджений у жовчному міхурі та печінці. До складу печінки Купрум входить у вигляді гемокуп-реїну — комплексу Купруму з білком.

Біологічна роль. Купрум специфічно впливає на синтез гемоглобіну та утворення еритроцитів. Він стимулює всмоктування Феруму у травному каналі. Солі Купруму позитивно впливають на ріст і розвиток організму, беручи участь у білковому обміні. Цей елемент утворює комплекси з білками плазми крові — альбуміном та деякими глобулінами. Купрум також входить до складу ферменту каталази, що розщеплює токсичний для організму гідроген пероксид (Н₂0₂). Важливу роль відіграє цей еле­мент у біосинтезі та механізмі дії деяких гормонів. Він необхідний для синтезу інсуліну та пролонгує його дію, гальмуючи фермент інсуліназу, яка розщеплює інсулін у печінці; стимулює відкладання глюкози в печінці, знижуючи тим самим рівень глюкози в крові. Купрум стимулює розвиток статевих залоз, біосинтез деяких гормонів гіпофіза, наприклад таких, як вазопресин та окситоцин. Добова потреба організму в Купрумі становить близько 2 мг, вона з надлишком перекривається, якщо в раціоні харчування людини є теляча печінка, хліб грубого помелу, насіння стручко­вих рослин. Значна кількість Купруму міститься у дріжджах.

В організмі людини Купрум утворює комплексні сполуки з біологічно активними субстратами — амінокислотами та білками, сприяючи процесам кровотворення,

утворенню кісткової тканини, розумовому та фізичному розвитку. Купрум-протеїни, подібно до гемоглобіну, беруть участь у транспортуванні кисню. Число атомів Куп-руму в них різне: два — в молекулі цереброкупреїну, що бере участь у зберіганні за­пасу кисню в мозку, та вісім — у молекулі церулоплазміну, який сприяє перенесенню кисню в плазмі. Комплекси Купруму з багатьма лікарськими препаратами підвищу­ють їхню фармакологічну активність.

Патологія обміну. У людини нестача Купруму виявляється лише в дитячому віці (внаслідок дефіциту Купруму в молоці) і може призвести до порушення кісткоутво-рення. Встановлено, що накопичення Купруму в організмі людини сприяє розвитку хронічного гепатиту. Надлишок цього елемента, як правило, відкладається в печінці, мозку, нирках, очах, спричинюючи захворювання Вільсона—Коновалова.

Медичне застосування:

□ CuS0₄ • 5Н₂0 (мідний купорос) використовують в очній та урологічній практиці як зовнішній антисептичний, в'яжучий або припікальний засіб у вигляді роз­чинів з масовою часткою 0,25 %. Розчин цієї солі застосовують також як блювот­ний засіб, при опіках фосфором і як протиотруту в разі отруєння білим фосфо­ром;

□ Купрум входить до складу полівітамінних комплексів як мікроелемент.

Манган є важливим елементом для життєдіяльності усіх живих орга-

нізмів і міститься майже в усіх тканинах. Загальна масова частка Мангану

в організмі людини становить 10"⁵ %. Добова потреба оранізму людини в

Мангані — 5—7 мг. Він надходить в організм переважно з рослинними харчовими

продуктами. Найбільша його кількість міститься у вівсяній, пшеничній крупах та

рисі. Багато Мангану містять мигдальні горіхи, молочний шоколад.

Біологічна роль. Дія Мангану зумовлена його здатністю до комплексоутворення з Оксигено- й Нітрогеновмісними лігандами ферментів, гормонів та вітамінів. Завдяки цьому він впливає на жировий, білковий та вуглеводний обмін, підвищує катаболізм білків, перешкоджає відкладанню холестеролу на стінках судин, посилює дію гор­монів гіпофіза, статевих гормонів та інсуліну.

Манган впливає на мінеральний обмін: солі Мангану сприяють засвоєнню Фосфо­ру і Кальцію, стимулюють ріст організму, беруть участь у засвоєнні Йоду та синтезі гормонів щитоподібної залози. У комбінації із солями Купруму Манган стимулює процеси кровотворення. Сполуки цього елемента впливають на обмін вітамінів А В С, D, Е.

Патологія обміну. Нестача Мангану призводить до відкладання жиру в орга­нізмі, спричинюючи патологічне ожиріння. Надлишок може стати причиною пору­шення функцій центральної нервової системи (А.Ф. Макарченко). Медичне застосування: □ КМп0₄ {калій перманганат) широко застосовують у медичній практиці: розчи­ни з масовою часткою 0,01—0,1 % використовують в урології та гінекології для полоскань і спринцювань, для промивання шлунка в разі отруєнь; розчини ви­щих концентрацій (0,1—0,5 %) — для промивання ран. При опіках першого сту-

пеня рекомендують обробляти поверхню розчином КМп0₄ з масовою часткою

2,5—4 %; □ солі Мангану входять до складу багатьох полівітамінів з мікроелементами.

Цинк належить до незамінних мікроелементів організму людини.

Його загальна масова частка становить 0,001 %. Добова потреба організ-

му в Цинку — 10—15 мг. В організм людини сполуки Цинку надходять як

з рослинною, так і з тваринною їжею.

Біологічна роль Цинку пов'язана з діяльністю залоз внутрішньої секреції. Най­більше Цинку міститься в гіпофізі, підшлунковій залозі та статевих залозах, особливо в період статевого дозрівання. Цинк входить до складу інсуліну і, подібно до Манга­ну, посилює його дію. У хворих на цукровий діабет кількість Цинку в підшлунковій залозі приблизно вдвічі менша, ніж у здорової людини. Цей елемент відіграє значну роль в обміні вітамінів, сприяє накопиченню тіаміну (вітаміну В^ та є одним із регу­ляторів перетворення (3-каротину на вітамін А. Як складова деяких ферментів Цинк впливає на процеси розмноження, жирового та вуглеводного обмінів. Иони Цинку разом з йонами Купруму та Кобальту підвищують імунітет, особливо процеси фаго­цитозу.

Патологія обміну. У разі нестачі Цинку в організмі виявляються досить серйозні захворювання — цироз печінки, ураження шкіри та очей, гальмування росту, у тка­нинних базофілах у 3—4 рази знижується кількість гістаміну та гепарину.

Вчені передбачають, що збільшення вмісту Цинку в навколишньому середовищі є однією з причин акселерації людини в останні роки.

Медичне застосування:

□ ZnS0₄ (цинк сульфат) у медичній практиці використовують у вигляді очних крапель з масовою часткою 0,25 % і 0,3 %. Цинк сульфат пригнічує розмноження мікроорганізмів;

□ ZnO (цинк оксид) використовують у дерматології у вигляді мазей та присипок як в'яжучий, підсушувальний та антимікробний засіб;

□ Цинк входить до складу полівітамінних комплексів як мікроелемент.

Кобальт — мікроелемент, що різнобічно впливає на життєві процеси організму людини: на білковий, жировий, вуглеводний та мінеральний обміни. Біологічна роль. Кобальт у вигляді вітаміну В₁₂ (ціанокобаламіну) бере участь у синтезі гемоглобіну та регенерації еритроцитів, і його нестача спричинює тяжку анемію. Кольбат посилює обмін нуклеїнових кислот. Найбагатший на вітамін В₁₂ та­кий харчовий продукт, як печінка тварин.

Патологія обміну. У разі надлишку Кобальту він стає токсичним. Тому на деяких іграшках, у виробництві яких використовують кобальтовмісні фарби, позначають на­писом: «Для дітей віком понад 3 роки!». У разі нестачі Кобальту зменшується кіль­кість вітаміну В₁₂, що може стати причиною злоякісної анемії. Дефіцит Кобальту в тканинах знижує здатність організму до захисту від різних інфекцій.

Медичне застосування:

□ (кобальт хлорид) знижує тиск у осіб, які страждають на гіпертонічну хво­робу;

□ кобамід використовують у променевій терапії з метою активації процесів кро­вотворення;

□ Кобальт входить до складу полівітамінів з мікроелементами.

Нікол, подібно до інших елементів, необхідний для нормального

IN І функціонування ферментів.

'"'*""*"'* Біологічна роль. Добова потреба організму в Ніколі всього 0,63 мг,

однак цей елемент навіть у малих дозах бере участь у процесах кровотворення, сти­
мулює синтез гемоглобіну, впливає на вуглеводний обмін, каталізує розщеплення се­
човини на NH₃ та С0₂. Механізм дії Ніколу на біологічні процеси остаточно не з'ясо­
ваний.;

Медичне застосування:

□ Нікол входить до складу полівітамінів з мікроелементами.

Матеріали для самоконтролю:

1. Яке значення біонеорганічної хімії для розвитку медицини?

2. Що таке біогенні елементи та яка їх роль в організмі людини?

3. На які групи поділяють хімічні елементи за їх кількісним вмістом в організмі?

4. Що таке осмотичний тиск та яка його біологічна роль?

5. Що таке s -елементи та які елементи належать до цієї групи?

6. У чому полягає біологічна роль Натрію?

7. Які причини виникнення гіпо- та гіпернатріємії?

8. Які наслідки для організму мають гіпо- та гіпернатріємія?

9. У чому полягає біологічна роль Калію?

10. Які причини виникнення гіпо- та гіперкаліємії?

11. Які наслідки для організму має гіпо- та гіперкаліємія?

12. Які роль і механізм дії Na⁺ /К⁺-насоса?

13. У чому полягає біологічна роль Літію?

14. У чому полягає біологічна роль Кальцію?

15.Які наслідки для організму маюь гіпо- та гіперкальціємія?

16.У чому полягає біологічна роль Магнію?

17.Які наслідки для організму може мати гіпомагніємія?

18.Які речовини, що містять біогенні s -елементи, використовують у медицині та з якою ме­тою?

19. Що таке «d-елементи і які елементи належать до цієї групи?

20. У чому полягає біологічна роль Феруму?

21. Які біогенні метали беруть участь у процесах кровотворення?

22. Які наслідки для організму має нестача елемента Феруму?

23. Які препарати Феруму використовують у медицині?

24. У чому полягає біологічна роль Купруму?

25. У чому полягає біологічна роль Цинку?

26. Які метали беруть участь у створенні імунітету?

27. Які метали беруть участь в утворенні та дії вітамінів?

Тести:

1. Укажіть основний внутрішньоклітинний катіон:

A.Mg²⁺
Б. К⁺

B. Na⁺

Г. Са²⁺

Д. Cl ^-

2. Укажіть ряд, в якому містяться лише s -елементи:

A. Na, Fe, Cl

Б. К, Са, Р

B. Ca, Li, S

Г. Na, K, Li

Д. Br, Fe, Аl

3. Укажіть, з якою метою в медицині використовують сполуки Кальцію:

A. Як кровоспинний засіб
Б. Як блювотний засіб

B. Як знеболювальний засіб
Г. Як заспокійливий засіб
Д. Як антиаритмічний засіб

4. Укажіть, розчин якої речовини та з якою масовою часткою розчиненої речовини називають ізотонічним:

A. 0,09% розчин КС1
Б. 9 % розчин КС1

B. 10 % розчин NaCl
Г. 0,9% розчин NaCl

Д. 0,5% розчин NaCl

5. Укажіть, якою має бути масова частка розчиненої речовини в розчині, щоб вода рухалась у клітини, занурені в цей розчин:

A. 1,2%
Б. 1,3 %

B. 0,1%
Г. 1,25 %
Д.10%

6. Укажіть йон, який бере участь у згортанні крові:

A. Mg²⁺

Б. РO₄^3-

В. Сl^-

T. Fe²⁺

Д. Са²⁺

7. Укажіть катіон, що входить до складу системи пропердину, яка захищає від інфекційних хвороб:

А. Мg²⁺

Б. Са²⁺ B. Fe²⁺ Д.Со³⁺

8. Укажіть, катіон якого металу пригнічує всмоктування Са²⁺ та заміщує його під час утворен­ня кісткових тканин:

А. Со³⁺

Б. Аl³⁺

B. Mg²⁺

Г. Zn²⁺

Д. Mn²⁺

9. Укажіть назву речовини, яку використовують при алергічних захворюваннях як засіб, що знімає набряки та запалення:

A. Кальцій хлорид
Б. Магній сульфат

B. Натрій хлорид
Г. Літій карбонат

10. Укажіть формулу речовини, яку використовують як заспокійливий засіб:

A. NaI

Б. NaBr

В. СаС1₂ Г. NaCl Д. ZnSО₄

Основна та додаткова література: Л. М. Миронович, О. О. Мардашко Медична хімія, Київ, «Каравела», 2008р.ст.4-27, А.С. Мороз, Д.Д. Луцевіч,

Л. П. Яворська Медична хімія, ПП «Нова книга»,2006 р., ст.20-45,

В. П. Музиченко, Д.Д. Луцевіч, Л. П. Яворська Медична хімія, ВСВ «Медицина»,2010 р., ст.3-22

Тема 2: «Біонеоргінчна хімія»

«Біологічна роль Карбону».

Зміст теми:

Карбон – один з найбільш розповсюджених хімічних елементів, основа всього живого на Землі. У природі він трапляється як у вільному стані, так і у вигляді різних сполук. Серед природних органічних сполук Карбону найважливішими є нафта та природні горючі гази; Карбон є основною складовою частиною кам’яного вугілля. Він також входить до складу всіх рослинних і тваринних організмів. Серед неорганічних сполук Карбон є в карбонатах, основними мінералами яких є кальцит, вапняк, крейда, мармур (всі вони складаються з СаСО3), магнезит MgCO3, доломіт СаСО3∙MgCO3 і ін. Велике значення для кругообігу Карбону в природі має вуглекислий газ (СО2), вміст якого в атмосфері становить 0,03%.

Основним процесом, що відбувається у біосфері, є фотосинтез – засвоєння СО2 рослинами і мікроорганізмами під впливом сонячної енергії:

nCO2 + nH2O (CH2O)n + nO2.

У процесі фотосинтезу рослини земної кулі, за наближеними підрахунками, засвоюють щорічно 175 млрд. т Карбону і синтезують біля 450 млрд. т органічних речовин. У реакції засвоєння рослинами СО2 може брати участь не тільки вода, а також інші водневі сполуки – метан, сірководень тощо.

Поряд з фотосинтезом у рослинах відбувається окиснення органічних речовин – процес дихання. При цьому виділяється СО2 та енергія, яка необхідна для проходження інших біохімічних процесів.

Діяльність людини все більше впливає на кругообіг елементів у природі. Це стосується і Карбону. Кам’яне вугілля, нафта, природні гази в основному спалюються, внаслідок згоряння збільшується вміст СО2 в атмосфері і як результат підвищення температури на планеті.

Властивості Карбону

Алотропні модифікації Карбону. У вільному стані Карбон може існувати у формі трьох алотропних модифікацій: алмаз, графіт, карбін. Алмаз – безбарвна кристалічна речовина, атоми Карбону в кристалах алмазу перебувають у стані sp3 гібридизації. Алмаз найтвердіша речовина в природі. Він погано проводить теплоту, не проводить електричний струм. Графіт – темно-сіра кристалічна речовина. Він має шаруваті гратки. Всі атоми Карбону перебувають у стані sp2 гібридизації. Графіт має металевий блиск, характеризується теплопровідністю, добре проводить електричний струм. Карбін – дрібнокристалічний порошок чорного кольору, він міститься у складі природного мінералу ґсеоїту. Кристали карбіну складаються з лінійних ланцюжків вуглецевих атомів, сполучених одинарними і потрійними зв’язками: −С≡С−С≡С−. Карбін має напівпровідникові властивості. Всі алотропні модифікації вуглецю тугоплавкі.

При нагріванні без доступу повітря (суха перегонка) речовин, що містять Карбон з них виділяється чорна маса – аморфний вуглець (вугілля). Залежно від природи вихідних речовин бувають такі види вугілля: деревне, кісткове, кокс, сажа. Хімічний зв'язок між атомами Карбону в аморфному вуглецеві такий, як у графіті, але кристалики дуже дрібні. Важливе значення має деревне вугілля, воно має велику поверхню і проявляє властивості поглинати (адсорбувати) гази та розчинені речовини. Якщо вугілля попередньо обробити перегрітою водяною парою, то адсорбційна здатність його значно зростає; таке вугілля називається активованим, його використовують для поглинання (адсорбції) отруйних газів, в медицині, на цукрових заводах, знебарвлюють сироп.

В основному стані атом Карбону має два неспарених електрони, але відомо, що у сполуках він рідко проявляє ступінь окиснення +2, а частіше +4 (або -4), оскільки при переході атома Карбону з основного у збуджений стан він має 4 неспарених електрони:

С(1s22s22р2) С* (1s22s12р3).

У хімічні перетворення найлегше вступає чорний графіт.

Карбіди – це сполуки Карбону з металами та іншими елементами, електронегативність яких менша за електронегативність Карбону, рівну 2,5. Карбіди лужних і лужноземельних металів - це іонні сполуки, для карбідів більшості перехідних металів, особливо елементів IV – VIII груп переважає металічний тип зв’язку. Карбіди активних металів легко розкладаються при взаємодії з водою:

СаС2 + 2Н2О → С2Н2 + Са(ОН)2.

Карбіди широко використовують на практиці: СаС2 йде на добування ацетилену, карбіди бору та кремнію - як абразивний матеріал, карбіди Mo, W, Ti, Nb досить корозійностійкі, тверді і мають високі температури плавлення.

Карбон із азотом утворює дуже отруйну газоподібну сполуку диціан С2N2, з воднем він утворює водневу сполуку ціановодень – НСN, водні розчини якого називають ціановодневою або синильною кислотою. Солі синильної кислоти – ціаніди – сильні отрути. Характерною особливістю ціанід-іонів є їх здатність утворювати внутрішню сферу комплексних сполук.

Кисневі сполуки Карбону. З киснем Карбон утворює стійкі сполуки – монооксид карбону (ІІ) – СО та оксид карбону (IV) – СО2.

Оксид карбону (ІІ) СО – утворюється при неповному окисненні вугілля, органічних сполук, добуванні водяного та коксового газів. У лабораторії його можна одержати, діючи концентрованою Н2SO4 на мурашину кислоту:

НСООН Н2О + СО.

СО – безбарвний газ, дуже отруйний, без запаху. З водою, лугами він не реагує, тобто це несолетвірний оксид. СО – сильний відновник, при нагріванні відновлює метали з їх оксидів. Як відновник він окиснюється киснем до СО2:

2СО + О2 = 2СО2.

Із хлором утворює фосген, дуже отруйну речовину:

CO + Cl2 = COCl2.

При вдиханні фосген гідролізує з утворенням HCl і руйнує тканини легенів.

З важкими металами Карбон монооксид утворює сполуки комплексного типу – карбоніли: Fe(CO)5, Ni(CO)4. Термічний розклад карбонілів використовують для добування металів високого ступеня чистоти: Me(CO)n → Me + nCO.

Оксид карбону (ІІ) - дуже отруйний газ, повітря, яке містить 0,1% СО є смертельно небезпечним.

Оксид карбону (IV) СО2 – вуглекислий газ, безбарвний, який не підтримує горіння, а тому його використовують для гасіння пожеж (вуглекислотні вогнегасники). Кристалічний СО2 під назвою “сухий лід” дістають при низьких температурах, з його допомогою зберігають продукти, морозиво тощо. СО2 – кислотний оксид, ангідрид карбонатної кислоти Н2СО3, реагує:

─ з водою: СО2 + Н2О ↔ Н2СО3,

─ з основними оксидами: СО2 + СаО = СаСО3,

─ з лугами: 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O,

─ з аміаком: СО2 + 2NH3 = NH4[CO2NH2].

Амоній Карбонат при нагріванні втрачає молекулу води і переходить в карбамід (сечовину):

NH4[CO2NH2] Н2О + СО(NH2)2.

Сечовина використовується як цінне азотне добриво і як компонент при годівлі тварин.

Карбонатна кислота. Карбонати. Розчинення СО2 у воді супроводжується його частковою взаємодією з утворенням нестійкої карбонатної кислоти:

Н2О + СО2 ↔ Н2СО3.

Карбонатна (вугільна) слабка нестійка двоосновна кислота, дисоціює за двома стадіями:

Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3−;.

НСО3− ↔ Н+ + СО32−;.

Карбонатна кислота утворює солі: середні - карбонати Na2CO3, CaCO3 і кислі – гідрокарбонати NaHCO3, Ca(HCO3)2. Більшість карбонатів не розчиняється у воді, а гідрокарбонати розчиняються в ній. У природі гідрокарбонати утворюються при взаємодії карбонатів з СО2 і водою:

СаСО3 + Н2О + СО2 = Ca(HCO3)2.

Карбонати і гідрокарбонати розкладаються при нагріванні:

СаСО3 = СаО + СО2.

Са(НСО3)2 = СаСО3 + Н2О + СО2.

Серед карбонатів, які виробляє хімічна промисловість, важливим є карбонат натрію (кальцинована сода) Na2CO3 і гідрокарбонат натрію (питна сода) NaHCO3, карбонат калію (поташ) К2CO3 використовується для добування рідкого мила, при виробництві скла, хімічного посуду, фотографії.

Біологічна роль Карбону та його сполук

Карбон – важливий елемент живої природи – входить до складу білків, вуглеводів, ферментів, гормонів, вітамінів тощо. Вуглекислий газ постійно утворюється в природі при окисненні органічних речовин (гниття рослинних і тваринних залишків, дихання, горіння паливних матеріалів). У великих кількостях він виділяється із вулканічних тріщин та з вод мінеральних джерел.

Карбон утворює цілий ряд токсичних сполук. СО – дуже отруйний газ. Потрапляючи в кров, оксид вуглецю (СО) сполучається з гемоглобіном, перетворюючи його в карбоксигемоглобін, який після цього стає нездатним переносити кисень до тканин організму, людина відчуває нестачу кисню. Основна протидія – свіже повітря.

Фосген COCl2 – дуже отруйний газ. Він був першою отруйною речовиною, яку застосували у першій світовій війні. Вміст фосгену у повітрі, вищий за 0,0064 мг/л, викликає набряк легенів, розлад функцій нервової системи. Важка форма отруєння фосгеном приводить до смерті.

Синильна кислота НСN та її солі (ціаніди) дуже токсичні. Вони затримують окиснювальні та ферментативні процеси, перешкоджають перенесенню кисню гемоглобіном, зв’язуючи його, паралізують дихальні центри і викликають ядуху внаслідок кисневого голодування.

Матеріали для самоконтролю:

1. Чому атом Карбону утворює таку велику кількість хімічних сполук?

2. Чим пояснюють значну токсичність чадного газу та ціанідів?

3. На яких властивостях грунтуєтсья їхня дія на організм?

Тести:

1. До якої групи оксидів належить карбон (ІІ) оксид?

a. Кислотних

b. Основних

c. Несолетвірних

d. Амфотерних

2. Як називають процес поступового збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосферному повітрі?

a. Гідростатичним явищем

b. Тепловим ефектом

c. Фотохімічним смогом

d. Парниковим ефектом

3. Якого газу найбільше в атмосферному повітрі?

a. Азоту

b. Вуглекислого газу

c. Кисню

d. Гелію

Основна та додаткова література: Л. М. Миронович, О. О. Мардашко Медична хімія, Київ, «Каравела», 2008р.ст.4-27, А.С. Мороз, Д.Д. Луцевіч,

Л. П. Яворська Медична хімія, ПП «Нова книга»,2006 р., ст.20-45,

В. П. Музиченко, Д.Д. Луцевіч, Л. П. Яворська Медична хімія, ВСВ «Медицина»,2010 р

Тема 3: «Біонеоргінчна хімія»

«Ізомерія комплексних сполук (написати формули ізомерів)».

Зміст теми: