Цель: Систематизировать и расширить знания о химических элементах в организме человека. Задачи: 1. Знать активность отдельных химических элементов в организме человека. 2. Изучение и анализ учебной, научно-популярной литературы по теме химические элементы в организме. 3. Расширить свой кругозор в области химии, биологии. 4. Подобрать текстовый и иллюстративный материал для оформления мультимедийного проекта. Объект исследования: Химические элементы Методы: информационный, индивидуальный, длительный, моно предметный. Приемы: работа с литературой, видеоматериалами, материалами из Интернета, синтез,анализ, сравнение систематизация.

Введение Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Жизнь требует постоянного обмена веществ в организме. Поступлению в организм химических элементов способствуют питание и потребляемая вода Столько же химических элементов должно ежесуточно выводится из организма, поскольку их содержа-ния находятся в относительном постоянстве. Ученые считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определенную биологическую функцию.

Химические элементы в организме человека Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% - на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород, кислород, в их состав входят также азот, фосфор и сера. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se.

Если вес человека составляет 70 кг,то в нем содержится (в граммах): кальция , калия - 250, натрия - 70, магния - 42, железа - 5, цинка - 3. Ученые договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10-2%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме оставляет %. Если содержание элемента ниже 10-5%, его считают ультра микро элементом. Конечно, такая градация условна. По ней магний попадает в промежуточную область между макро- и микроэлементами

Роль макроэлементов, входящих в состав неорганических веществ, очевидна. Например,основное количество кальция и фосфора входит в кости, а хлор в виде соляной кислоты содержится в желудочном соке. Микроэлементы обязательно присутствуют в организме человека. Заметим, что большинство из них - металлы, а из металлов больше половины являются d-элементами. Последние в организме образуют координационные соединения со сложными органическими молекулами. Так, установлено, что многие биологические катализаторы - ферменты содержат ионы переходных металлов.Микроэлементы называют жизненно необходимыми, если при их отсутствии или недостатке нарушается нормальная жизнедеятельность ЖИЗНЕННО НЕОБХОДИМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Кальций содержится в значительном количестве в костях человека в виде гидроксофосфата кальция - Ca10(PO4)6(OH)2 и его суточное потребление составляет для взрослого человека мг. Жизненно необходимые элементы натрий и калий функционируют в паре. Интересно, что по мере старения организма градиент концентрации ионов калия и натрия на границе клеток падает, а при наступление смерти выравнивается Хлор присутствует в виде соляной кислоты в желудочном соке. Концентрация соляной кислоты в желудочном соке человека равна 0,4-0,5%. По поводу роли брома как микроэлемента существуют некоторые сомнения, хотя достоверно известно его седативное действие.

Железо играет особую роль в жизнедеятельности организма.. В организме взрослого человека около 65% всего железа содержится в гемоглобине и миоглобине. Железо входит в состав гемоглобина крови, а точнее в красные пигменты крови, обратимо связывающие молекулярный кислород. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. Недостаток железа в организме приводит к заболеванию – анемии. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких – заболевание, вызываемое отложением соединений железа в тканях этих органов

Гемоглобин выполняет в организме важную роль переносчика кислорода и принимает участие в транспорте углекислоты. Общее содержание гемоглобина равно 700 г. Оксигемоглобин несколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому артериальная кровь, содержащая оксигемоглобин, имеет ярко - алый цвет. Метгемоглобин является окислительным гемоглобином, при образование которого меняется валентность железа. В случае большого накопление в организме метгемоглобина отдача кислорода тканям становится невозможной и наступает смерть от удушения. Карбоксигемоглобин представляет собой соединение гемоглобина с угарным газом. В скелетной и сердечной мышце находится миоглобин. Это его свойство играет важную роль в снабжение кислородом работающих мышц..

Трансферрин сыворотки - является транспортным белком, переносящим железо из обломков гемоглобина селезёнки и печени в костный мозг, где на специальных его участках вновь синтезируется гемоглобин. Трансферрин - это гликопротеин с молекулярной массой около Высокая устойчивость комплекса железа с трансферрином делает его отличным переносчиком, но зато и выдвигает проблему высвобождения железа из комплексаВ транспортной системе микробов отдача ионов железа переносчиком вызывается восстановлением их до Fe (II), но, как достоверно установлено, из трансферрина железо высвобождается в виде Fe (III).

В органах млекопитающих железо в основном запасается в двух формах - ферритине и гемосидерине. Гемосидерин является продуктом распада ферритина. Ферритин - это водорастворимый белок и полностью насыщен железом. Белковую оболочку пронизывают шесть каналов, которые служат для приёма и отдачи железа. Приём железа происходит при каталитическом окислении апоферритином Fe (II) в Fe (III), а высвобождение - при восстановление Fe (II) восстановленными флавинами. В большинстве клеток синтез ферритина значительно ускоряется в присутствии железа; в клетках печени крыс синтез субъединиц проходит за мин.

Содержание меди в организме варьируется от 100 до 150 мг с наибольшей концентрацией в стволе мозга. Большой расход меди ведёт к дефициту и неблагоприятен для человека. Прогрессирующие заболевание мозга у детей (синдром Менкеса) связано с дефицитом меди, так как при этом заболевание не хватает медьсодержащего фермента. Избыточное количество меди в организме ведет к развитию тяжелых заболеваний. При болезни Вильсона содержание меди увеличивается практически в 100 раз по сравнению с нормой. Медь обнаруживается во многих тканях, но особенно её много в печени, почках и мозге. Симптомы болезни Вильсона включают цирроз печени, нарушение координации, сильный тремор, прогрессирующие разрушение зубов. Анализ концентрации ионов меди необходимо проводить для оценки эффективности лечения, так как уровень меди прямо пропорционален тяжести заболевания. Это положение верно при гепатитах и злокачественных заболеваниях.

Большое значение для организма человека имеет цинк, в среднем в организме находится около 3 г, а суточное потребление 15 мг. Дефицит цинка у человека выражается в потере аппетита, нарушении в скелете и оволосении, повреждении кожи, замедлении полового созревания. Важную роль цинк играет в заживлении ран. Из этого следует, что для улучшения заживления ран в рацион больным с дефицитом элемента следует добавлять цинк.

Кремний является также необходимым микроэлементом. Недостаток кремния приводит к нарушению структуры костей и соединительной ткани. Как выяснилось кремний присутствует в тех участках кости, где происходит активная кальцинация, например в кости образующих клетках, остеобластах. С возрастом концентрация кремния в клетках падает. У человека богатейшим источником кремния оказалась гиалуроновая кислота пуповины. Она содержит 1,53 мг свободного и 0,36 мг связанного кремния на один грамм.

Недостаток селена вызывает гибель клеток мышц и приводит к мускульной, в частности сердечной, недостаточности. Способность селена - предохранять от отравления ртутью. Селен входит в рацион человека в количестве мг в год, а концентрация селена в крови составляет 0,09 - 0,29 мкг/см. При приёме внутрь селен концентрируется в печени и почках. Ещё один пример защитного действия селена от интоксикации лёгкими металлами является его способность предохранять от отравления соединениями.

При проявлении симптомов дефицита или избытка определенного элемента следует учитывать следующие симптомы; 1 - снижение аппетита; 2 - потребность в изменении диеты; 3 - значительные изменения состава тканей; 4 - повышенная повреждаемость одной или нескольких биохимических систем, проявляющаяся в специальных условиях; 5 - недееспособность этих систем в специальных условиях; 6 - субклинические признаки недееспособности; 7 - клинические симптомы недееспособности и повышенная повреждаемость; 8 - заторможенный рост; 9 - отсутствие репродуктивной функции. Крайней формой проявления дефицита или избытка элемента в организме является смертельный исход.

В малых количествах даже самые страшные яды могут быть полезны человеку и потому применяются в медицине. Яды также используют для борьбы с грызунами, для протравы семян и т.д. Полностью отказаться от ядов пока человек не может. Встречаются элементы, которые в относительно больших количествах являются ядами, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние. Например, мышьяк - сильный яд, нарушающий сердечно-сосудистую систему и поражающий почки и печень, в небольших дозах полезен, и врачи прописывают его для улучшения аппетита. Кислород, необходимый человеку для дыхания, в высокой концентрации оказывает ядовитое действие. Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме играет весьма существенную, а порой и катастрофическую роль

Пары ртути чрезвычайно ядовиты. Поскольку ртуть содержится в медицинских термометрах, то с нею человек может столкнуться в домашних условиях. Характерными признаками ртутного отравления является слюнотечение, своеобразное покраснение десен и размягчение зубов. Появляется тяжелое нервное расстройство: головная боль, нарушение пищеварения, дрожание рук и головы. В результате ртутного отравления почки теряют способность выделять из крови продукты жизнедеятельности организма. При хроническом отравлении появляется так называемый ртутный тремор – вначале мелкое дрожание пальцев рук, затем резкое усиление, дрожание всего тела, непроизвольные движения. При остром отравлении появляется повышение температуры, озноб, воспаление дыхательных путей и легких; наблюдается слюнотечение, набухание и слюноточивость десен. Все это сопровождается потерей аппетита, тошнотой, рвотой, болями в животе, кровянистым поносом, головными болями, расстройством речи, изменением походки.

Недостаток мышьяка приводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищу арсенита натрия привело к увеличению скорости роста у человека. Мышьяк попадает в организм чаще всего не в элементной форме, а в виде соединений. Хроническое отравление проявляется в раздражении слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Кроме того, появляется непроходящий насморк, кашель, конъюнктивит, кровохарканье, а в более тяжелых случаях присоединяются симптомы поражения центральной нервной системы. Соединения мышьяка оказывают раздражающее действие на кожу. При остром отравлении появляется металлический привкус во рту, наблюдается затруднение глотания, вызывается рвота и проявляются сильные боли в животе с последующим поносом. При очень сильных отравлениях может развиться паралитическая форма – судороги различных мышц, потеря сознания, паралич сосудодвигательного и дыхательного центров. Все эти симптомы вызваны тем, что соединения мышьяка являются сильными капилляротоксическими ядами. При отравлениях мышьяком нарушаются обмен веществ и функция центральной и периферической нервной системы

Для нормального роста фтор совершенно необходим, и его недостаток приводит к анемии. Фтор предохраняет зубы от кариеса,также его используют для предотвращения разрушений зубной эмали. Можно вводить фториды в зубную пасту или же непосредственно обрабатывать ими зубы. Концентрация фтора, необходимая для предотвращения кариеса, составляет в питьевой воде около 1 мг/л. Применение высоких концентраций фторидов (более 8 мг/л) может неблагоприятным образом повлиять на тонкие равновесные процессы образования костной ткани. Чрезмерное поглощение фторидов приводит к фторозу. Фтороз приводит к нарушениям в работе щитовидной железы, угнетению роста и поражению почек. Длительное воздействие фтора на организм прводит к минерализации тела. В итоге деформируются кости, которые даже могут срастись, и происходит кальцификация связок.

. Недостаток йода приводит к возникновению характерных симптомов: слабости, пожелтению кожи, ощущение холода и сухости. Лечение тиреоидными гормонами или йодом устраняет эти симптомы. Недостаток тереоидных гормонов может привести к увеличению щитовидной железы.Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей - они отстают в физическом и умственном развитии. Йодо- дефицитная диета во время беремености приводит к рождению гипотироидных детей (кретинов). Избыток гормонов щитовидной железы приводит к истощению, нервозности, тремору, потере веса и повышенной потливости. Это связано с увеличением пероксидазной активности и вследствие этого с увеличением йодирования тиреоглобулинов. Избыток гормонов может быть следствием опухоли щитовидной железы.

Цианистый калий (цианид калия) KCN – соль синильной кислоты HCN. Оба соединения являются быстродействующими и сильными ядами. В семенах миндаля, персика, абрикоса, вишни и других растений в небольших количествах всегда имеется синильная кислота.. Для человека смертельная доза синильной кислоты составляет всего лишь 50 мг. При остром отравлении синильной кислотой и ее солями теряется сознание, наступает паралич дыхания и сердца. На начальной стадии отравления человек испытывает головокружение, ощущение давления во лбу, острую головную боль, учащенное дыхание, сердцебиение. Первая помощь при отравлении синильной кислотой и ее солями – свежий воздух, кислородное дыхание, тепло. Противоядиями являются нитрит натрия NaNO2,амилнитрит C5H11ONO и пропилнитрит C3H7ONO

Выведение из организма токсических веществ происходит через органы пищеварения, различные железы (потоотделения, слюноотделения), легкие, но особенно через почки. В медицине для их выведения используют природные или синтетические химические вещества, называемые антидотами. Антидоты – вещества, устраняющие последствия воздействия ядов на биологические структуры и инактивирующие яды посредством химической реакции. Универсальными антидотоми являются молоко и сливочное масло

Выявление биологической роли отдельных химических элементов в функционировании живых организмов - важная и увлекательная задача. Минеральные вещества, как и витамины, часто действуют как коферменты при катализе химических реакций, происходящих все время в организме. Нет сомнения, что в живых организмах ионы металлов находятся в основном в виде координационных соединений с "биологическими" молекулами, которые выполняют роль лигандов..Весьма интересен вопрос о принципах отбора природой химических элементов для функционирования живых организмов. Не вызывает сомнения, что их распространенность не является решающим фактором. Здоровый организм сам способен регулировать содержание отдельных элементов. При наличии выбора (пищи и воды) животные инстинктивно могут вносить лепту в это регулирование.

1. Неорганические соединения, составляющие только 6% от общего веса человека, являются незаменимыми веществами, обеспечивающими гомеостаз организма. 2. Все химические элементы делятся на макро-, микро- и ультрамикроэлементы. 3. Любое изменение содержания химических веществ как в сторону увеличения так и уменьшению ведет к нарушению обмена веществ. 4. Биоактивность химических элементов на организм человека различна.