Слайд 1Биологическая роль важнейших неметаллов
Слайд 2Распространённость химических элементов в живой и неживой природе существенно различается. Больше 1/2 массы земной коры приходится на кислород, 1/5 - на кремний. В живом организме преобладают 6 элементов-неметаллов: C, H, O, N, P, S - на долю которых приходится 97,4% массы всего организма. Эти элементы называются органогенами.
Слайд 3Живые организмы предпочитают соединения тех элементов, которые способны образовывать достаточно прочные, но в то же время лабильные связи. Именно поэтому органогеном №1 является углерод. Водород и кислород – гораздо менее лабильные атомы, но они образуют устойчивую и уникальную среду существования для соединений остальных элементов – воду – и обеспечивают протекание и кислотно-основных, и окислительно-восстановительных процессов.
Слайд 4Макро- и микроэлементы По своему количественному содержанию в живом веществе химические элементы обычно условно подразделяют на «макро»- и «микро»-элементы. К макроэлементам относят 4 элемента: C, H, O, N, на долю которых приходится 96% массы живого вещества. К микроэлементам относят Ca, P, K, S (в сумме 3%) и I, Cl, Fe, Na, Mg, Cu, Co, Zn (в сумме 1%).
Слайд 5Макро- и микроэлементы выполняют принципиально различные функции в живых организмах. Макроэлементы составляют основу несущих тканей, обеспечивают свойства всей среды организма в целом: поддерживают определенные значения рН; осмотического давления; сохраняют в нужных пределах кислотно-основное равновесие; удерживают в коллоидном состоянии частицы некоторых веществ.
Слайд 6Свойства неметаллов органогенов Кислород Кислород – это элемент, обеспечивающий жизнь на Земле. В атмосфере находится около 20,8% кислорода. Без кислорода невозможны многочисленные и чрезвычайно важные жизненные процессы, в особенности дыхание. В живых организмах кислород расходуется на окисление различных веществ, причем главный процесс – реакция кислорода с атомами водорода с образованием воды, в результате которой выделяется значительное количество энергии.
Слайд 7Углерод Углерод по своему содержанию в организме (21%) и значению для живых организмов – один из важнейших органогенов. Простейшие соединения углерода, например, свободный углерод в виде сажи и его оксид СО, токсичны для человека. Длительный контакт с сажей или угольной пылью вызывает рак кожи. Мельчайшая пыль угля вызывает изменение структуры легких, а значит, нарушает их функции. Углекислый газ СО 2 присутствует в биосфере как продукт продуктов дыхания и окисления.
Слайд 8Водород Водород присутствует в природе в виде воды и многочисленных органических соединений. Вода – главная среда жизнедеятельности организма. Вода обладает высокой удельной теплоемкостью и, вследствие медленного теплообмена с окружающей средой, обеспечивает поддержание постоянной температуры тела. В водной среде за счет буферных систем (карбонатной, фосфатной и гемоглобиновой) поддерживается кислотно-основной баланс организма.
Слайд 9Ткань, орган, био-жидкость Содержание воды, % рН Головной мозг 83 6,8 – 7,4 Спинной мозг 74.8 “ Почки 82 “ Сердце 79 “ Легкие 79 “ Мышцы 75 “ Кожа 72 6,2 – 7,5 Печень 70 6,4 – 7,4 Скелет 46 6,4 – 7,4 Желудочный сок 99,5 0,9 – 1,1 Слюна 99,4 6,35 – 6,85 Плазма крови 92 7,4 Моча 83 4,8 – 7,5 Желчь 75 7,5 – 8,5 Слезная жидкость 99 7.4
Слайд 10Азот Азот присутствует в живых организмах в виде разнообразных органических соединений: аминокислот, пептидов, пуриновых оснований и др., а также в виде свободного N 2, поступающего с вдыхаемым воздухом. Молекулы NO способны проникать в клетки стенок кровеносных сосудов и регулировать кровоток; кроме того, NO контролирует секрецию инсулина, почечную фильтрацию, и др. Вдыхание паров аммиака NH 3 в больших количествах вредно, так как аммиак создает сильнощелочную среду на поверхности слизистых оболочек гортани и легких, что вызывает их раздражение и отек.
Слайд 11Фосфор Фосфор – играет исключительно важную роль в обмене веществ. Более 86% фосфора входит в состав твердых тканей животных. В форме фосфата фосфор является необходимым компонентом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других биологически активных соединений.
Слайд 12Сера Сера входит в состав сульфгидирильных групп SH белков, а также присутствует в виде сульфатов и сероводорода в желудочно-кишечном тракте. В результате жизнедеятельности человека происходит выброс соединений серы в атмосферу, которые являются наиболее активными загрязнителями воздуха.
Слайд 13Галогены Из галогенов важнейшим биоэлементом является хлор (0,1% по массе). Хлор находится преимущественно во внеклеточной жидкости. Хлорид-ионы принимают участие в формировании буферной системы крови, регулируют осмотическое давление в водно-солевом обмене, способствуют отложению гликогена в печени, поддерживают высокую кислотность в желудке. Недостаток иода вызывает заболевание гипотиреоз, при котором разрастается эндемический зоб. Ионы F - присутствуют в организме в костной и зубной тканях в виде фторапатита.
Слайд 14Некоторые неметаллы (B, As, Se, Si и др.) находятся в организме часто в следовых количествах, тем не менее их роль заметна и существенна. Селен (Se) относительно недавно стали считать жизненно важным элементом. Недостаток проявляется в прекращении роста, некрозе печени, атрофии поджелудочной железы. Мышьяк (As) относится к микроэлементам; в организме человека содержание As колеблется в пределах от 0,008 до 0,02 мг на 100 г ткани. Кремний (Si) относится к микроэлементам. Установлено, что при заболевании туберкулезом и раком выделение кремния почками уменьшается. Попадание соединений кремния в организм вызывает лейкоцитоз, а вдыхание пыли с SiO 2 служит причиной профзаболевания силикоза (склероза ткани легких).

Неметаллы как микроэлементы.

Мы уделили большое внимание роли металлов. Однако необходимо учитывать, что некоторые неметаллы также являются совершенно необходимыми для функционирования организма.

КРЕМНИЙ

Кремний является также необходимым микроэлементом. Это было подтверждено тщательным изучением питания крыс с использованием различных диет. Крысы заметно прибавили в весе при добавлении метасиликата натрия (Na2(SiO)3 . 9H2O) в их рацион (50мг на 100г) . цыплятам и крысам кремний нужен для роста и развитие скелета. 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.

О том, в каких процессах участвует кремний в живых системах, известно мало. Там он находится в виде кремневой кислоты и, наверное, участвует в реакциях сшивки углеродов. У человека богатейшим источником кремния оказалась гиалуроновая кислота пуповины. Она содержит 1,53мг свободного и 0,36мг связанного кремния на один грамм.

СЕЛЕН

Недостаток селена вызывает гибель клеток мышц и приводит к мускульной, в частности сердечной, недостаточности. Биохимическое изучение этих состояний привело к открытию фермента глутатионпероксидазе, разрушающей пероксиды Недостаток селена ведет к уменьшению концентрации этого фермента, что в свою очередь вызывает окисление липидов. Способность селена предохранять от отравления ртутью хорошо известна. Гораздо менее известен тот факт, что существует корреляция между высоким содержанием селена в рационе и низкой смертностью от рака. Селен входит в рацион человека в количестве 55 110мг в год, а концентрация селена в крови составляет 0,09 0,29мкг/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 кадмия. Оказалось, что как и в случае с ртутью, селен вынуждает эти токсические ионы связываться с ионными активными центрами, с теми, на которое их токсическое действие не влияет.

МЫШЬЯК

Несмотря на хорошо известные токсические действия мышьяка и его соединений, имеются достоверные данные согласно которым недостаток мышьяка приводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищу арсенита натрия привело к увеличению скорости роста у человека.

ХЛОР и БРОМ

Анионы галогенов отличаются от всех тем, что они представляют собой простые, а не оксо анионы. Хлор распространён чрезвычайно широко, он способен проходить сквозь мембрану и играет важную роль в поддержание осмотического равновесия. 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.

ФТОР

Для нормального роста фтор совершенно необходим, и его недостаток приводит к анемии. Большое внимание было уделено метаболизму фтора в связи с проблемой кариеса зубов, так как фтор предохраняет зубы от кариеса.Кариес зубов изучен достаточно подробно. Он начинается с образования на поверхности зуба пятна. Кислоты, вырабатываемые бактериями, растворяют под пятном зубную эмаль, но, как ни странно, не с её поверхности. Часто верхняя поверхность остаётся неповреждённой до тех пор, пока участки под ней не окажутся полностью разрушенными. Предполагается, что на этой стадии фторид ион может облегчать образования аппатита. Таким образом совершается реминелизация начавшегося повреждения.

Фтор 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 1мг/л , но уровень потребления зависит не только от этого. Применение высоких концентраций фторидов (более8мг/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.

ЙОД

Основной физиологической роль йода является участие в метаболизме щитовидной железы и присущих ей гормонах. Способность щитовидной железы аккумулировать йод присуща также слюнным и молочным железам. А также некоторым другим органам. В настоящее время, однако, считают, что ведущую роль йод играет только в жизни деятельности щитовидной железы.

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. В редких случаях (отягощение в организме различных соединений, мешающих поглощению йода, например тиоцианата или антитиреоидного агента гоитрина, имеющегося в различных видах капусты) образуется зоб. Недостаток йода особенно сильно отражается на здоровье детей они отстают в физическом и умственном развитии. Йод 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. При лечение используют радиоактивные изотопы йода, легко усваивающиеся клетками щитовидной железы.

Чистая природная сера – твердое кристаллическое вещество желтого цвета. В природе сера встречается в самородном виде, образуя большие залежи. Коллекционным материалом являются хорошо образованные и ярко окрашенные кристаллы серы с алмазным и матовым блеском размером 1,5-15 см и более, а также щетки и друзы таких кристаллов.

Сера изревле широко использовалась в опытах алхимиков, в медицине. При горении она испускает сильный характерный запах. Ее аромат и цвет послужили для людей поводом использовать серу в магии в течение столетий. Ее часто сжигали, чтобы отвести «демонов» и «дьяволов». Это было связано с представлением, согласно которому положительные силы будут привлечены приятными ароматами, в то время как отрицательные силы ненавидят неприятные запахи и будут бежать от них. Позже серу сжигали, чтобы защитить животных и остановить «очарование» или магическое порабощение.

Сера – постоянная составная часть растений, содержится в них в виде различных неорганических и органических соединений. Неорганическая сера обнаружена в виде сернокислых солей. Известны концентрирующие ее бактерии. Некоторые из микроорганизмов образуют в качестве продуктов жизнедеятельности специфические соединения серы; например, грибки рода Penicillinum синтезируют серосодержащий антибиотик пенициллин.

Сера, подобно азоту, входит в состав белков, в силу чего белковый обмен является одновременно азотистым и серным. В тканях сера находится в виде сложных органических соединений – сульфатов либо в сочетании с углеводами, либо в виде сульфатидов в сочетании с фосфатидами в так называемых липоидах, входящих в состав мозгового вещества.

Сера обнаружена в инсулине, и некоторые исследователи приписывают гипогликемическое действие инсулина содержащейся в нем сере.

Сера содержится в антиневралгическом витамине В-тиамине, что отличает этот витамин от других. В белках сера содержится в аминокислотах: цистеине, цистине, которые участвуют в окислительно-восстановительных реакциях организма. Цистеин входит в состав глютатиона, белкового вещества, которым богаты эритроциты, печень, надпочечники и особенно ткани эмбриона, окислительные процессы в которых происходят весьма интенсивно.

Участвуя в окислительно-восстановительных процессах, сера играет в тканевом дыхании ту же роль, что гемоглобин и оксигемоглобин в газообмене легких.

Элементарная сера не обладает выраженным токсическим действием, но все ее соединения токсичны. Принятые внутрь 3 – 5 г, элементарной серы действуют как слабительное вследствие образования сероводорода в кишечнике, стимулирующего перистальтику. Но при ежедневном приеме малых доз серы от 1,0-2,5-10 мг в течение 1-2 недель появляются головные боли, головокружение, утомляемость, потливость, учащение пульса, запоры, боли в животе, изменение в обмене веществ и т. д.

Сера и ее неорганические соединения применяются в медицине с древнейших времен при кожных заболеваниях, заболеваниях суставов, при отравлениях тяжелыми металлами и в качестве слабительного.

Окуривание серой останавливает насморк. С уксусом и медом ее прикладывают на размозженное ухо.

Лечебные свойства серы используются весьма широко в бальнеологии. Действие серных вод обусловлено содержащимся в них сероводородом. Всасываясь через кожу и легкие, сероводород вызывает покраснение кожи от расширения мельчайших сосудов кожи, замедление пульса на 10-15 ударов, понижение систолического и диастолического давления на 5-10 мм. Лечение серными водами используется при различного рода заболеваниях: хронических артропатиях ревматической и подагрической этиологии, при заболеваниях сердечной мышцы типа кардиосклероза, при остеомиелитах с рецидивирующими свищами, при хронических женских заболеваниях, при хронических кожных болезнях, при отравлениях ртутью, свинцом на производстве.

Противопоказанием к лечению серными водами являются острые и подострые заболевания сердца, суставов, женских органов, гипертония с явлениями нефросклероза, костные анкилозы, фурункулезы, все пиодермические заболевания.

Из неорганических соединений серы в настоящее время применяются следующие:

Natrium hyposulfurosum, тиосульфат натрия (гипосульфат), применяется (по методу Демьяновича) как наружное средство для лечения чесотки и некоторых грибковых заболеваний кожи.

Sulfur depuratum, очищенная сера (Flos sulfurise, серный цвет), применяется как слабительное при запорах (на прием по 0,5-1,0 г) и для лечения энтеробиоза (заражение острицами). Входит в состав сложного лакричного порошка (Pulvis Glycyrrhisae compositae). В 1926 г. датским психиатром К. Шредером было предложено лечение внутримышечными инъекциями 1%-ной очищенной серы таких заболеваний, как невролюэс, табес, параличи, шизофрения.

Наружно применяется в Вилькинсоновой мази и простой серной.

Calcium sulfuricum, сульфат кальция, при нагревании выделяет воду и превращается в жженый гипс, применяемый в хирургии для повязок.

За последние 20 лет медицина стала широко пользоваться органическими препаратами серы. В 1935 г. немецкий ученый Домагк предложил препарат пронтозил, содержащий сульфогруппу 802. Это средство оказалось эффективным в борьбе с микробами. Фармацевтическая промышленность создала большое количество сульфаниламидных препаратов. Самым простым по химическому строению является белый стрептоцид. Все другие сульфаниламидные препараты являются производными белого стрептоцида. Таковы сульфадин, сульфазол, норсульфазол, сульфазин, сульфадимезин, уросульфан, дисульфан, сульгин, фталазол, сульфозин и др. Все эти препараты являются высокоактивными средствами в борьбе с тяжелейшими заболеваниями, вызываемыми кокками и бациллами, на которых они

производят бактериостатическое действие, но содержание в них, помимо бензола, амидо- и сульфогрупп может вести к появлению побочных явлений.

В гомеопатии применяется как элементарная сера, так и ее различные соединения, но во главе всех соединений серы стоит элементарная сера – Sulfur. Сера была неоднократно испытана Ганеманом, В ней он видел главное средство против основного страдания человечества – «псоры». Этим термином Ганеман объединял все кожные заболевания, выражающиеся зудом, сыпями, бородавками и другими кожными изменениями. Опыт показал, что именно сера является средством, без которого редко можно обойтись в лечении тяжелых острых заболеваний и никогда – в лечении хронических.

Сера – сильнейший активатор различных расстройств серного (белкового) обмена и, действительно, является лекарственным средством первостепенного значения. Избирательность серы к коже издавна сделала ее главным лечебным средством при кожных болезнях. Сера применяется также при заболеваниях центральной нервной системы, что легко объяснимо: кожа и нервная система связаны общностью происхождения.

Но применение серы, даже в гомеопатических дозах, требует большой осторожности, особенно у людей с нарушенным серным обменом или страдающих аллергическими заболеваниями – астмой, экземой, отеком Квинке. В подобных случаях сера может вызвать сильное обострение.