Металлы и неметаллы в жизни человека

                  МЕТАЛЛЫ И НЕМЕТАЛЛЫ  В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

    На  грани химии, биологии и медицины возникла новая научная область бионеорганическая химия. Бионеорганическая химия рассматривает роль металлов в возникновении и развитие различных процессов в здоровом и больном организме, создает новые эффективные препараты на основе металлорганических соединений, активно участвует в борьбе за сохранение здоровья людей и продление человеческой жизни. Особенно чутко организм реагирует на изменение концентрации микроэлементов, т.е. элементов, участвующих в организме в количестве меньше одного грамма на 70 килограмм массы человеческого тела. К таким элементам относятся медь, цинк, марганец,  кобальт, железо, никель, молибден и другие.

    Вода – универсальный растворитель. Она носит в себе следы всего, с чем соприкасается. Известно около 70 000 веществ, которые встречаются в воде в качестве примесей. Некоторые из этих примесей оказывают вредное влияние на человеческий организм, превышения их предельно допустимой концентрации (ПДК) нужно всячески избегать. 

    Свинец

    В старых зданиях иногда встречаются  свинцовые водопроводные трубы. Некоторые американские токсикологи  считают, что свинцовый водопровод  Римской империи послужил причиной ее падения. Свинцовый водопровод был в Московском Кремле во времена правления Ивана Грозного. Вода, текущая из таких труб, становится опасной для жизни, поскольку свинец – токсичный металл. Он откладывается в костях скелета и влияет на центральную и периферическую нервную систему. Это особенно опасно для детей младше 6 лет, включая период внутриутробного развития. Есть данные о том, что свинец способствует развитию новообразований в почках. Помимо этого, свинец угнетает иммунитет.  Использование этилированного бензина в качестве топлива приводит к загрязнению окружающей среды свинцом.

    Ртуть

    Ртуть – уникальный металл. Это единственный металл-жидкость, который может испаряться. Существуют микроорганизмы, способные  включать ртуть в органические соединения. В природе ртуть бывает в самородном, жидком виде, а также входит в  состав минералов. Некоторая часть ртути свободно испаряется из трещин в земной коре. Около половины всей используемой ртути приходится на батарейки, люминесцентные лампы, выключатели и измерительные приборы.

    Ртуть и ее соединения нарушают белковый обмен, поражают нервную систему, печень, почки, желудочно-кишечный тракт, при вдыхании – дыхательные пути. Особенно опасны выбросы в воду с образованием метилртути – соединения более опасного, чем сама ртуть. Оно способно накапливаться в организме и вызывать болезнь Минамата. Болезнь так названа по названию озера Минамата в Японии, куда промышленная компания долгое время сливала ртуть. Болезнь была обнаружена в 1956 году. Ее симптомы – нарушение моторики, парестезия в конечностях, ослабление зрения и слуха. В тяжелых случаях – паралич. 

    Кадмий

    В норме кадмий в небольших количествах  присутствует в здоровом человеческом организме. Однако он токсичен, и потому его избыток легко становится губительным. Кадмий обладает способностью накапливаться, хроническое отравление приводит к анемии и болезни костей. Растворимые соединения кадмия поражают центральную нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Кадмий изменяет на многие гормоны и ферменты, необходимые для нормальной работы организма. Источником кадмиевого загрязнения являются выбросы цветной и черной металлургии, ТЭЦ и угледобычи.

    Цинк

    В природе цинк существует только в  составе полиметаллических руд. В древней Греции был известен сплав цинка с медью – латунь. Цинк – необходимый для нормальной жизнедеятельности элемент. Однако его переизбыток вызывает поражение почек. Есть экспериментальные данные о его токсическом воздействии на кровь и сердце.

    Никель

    Никель  участвует в регуляции обмена ДНК и является необходимым для  человека микроэлементом. Недостаток его ведет к нарушению обмена веществ и снижению иммунитета. Но избыток никеля может быть вреден для здоровья. При повышении концентрации никеля в организме могут появиться аллергические реакции в виде кожной сыпи или аллергического насморка. В Германии 15% людей имеет аллергию на никель. При избытке никеля также возможна анемия, повышенная возбудимость. Поскольку никель влияет на ДНК, а также РНК, при хронической интоксикации появляется риск развития новообразований в легких, в почках, на коже. Никель могут выделять в воду электрические чайники с открытым нагревательным элементом.                                                                                                                                                                                   

    Хром

    Хром — это металл. Он твердый и ломкий и очень устойчив к коррозии. Он серебристо-белый, а после полировки приобретает блеск. Он плохо проводит электричество и тепло.

    Ученые  Национальных институтов здравоохранения  США получили данные о том, что  содержащийся в питьевой воде хром может вызвать рак. Были проведены лабораторные опыты над животными. Выяснилось, что, хром, который содержится в питьевой воде, может вызвать рак. Такие данные были получены в ходе лабораторных наблюдений за животными, получавшими воду с высоким содержанием хрома. У крыс появлялись злокачественные опухоли полости рта, у мышей – рак тонкой кишки. Ученые считают, что хром 6 (шестивалентный) может вызвать у людей рак легких.

    Железо

    Железо  – важный микроэлемент, участвующий  в кроветворении и внутриклеточном обмене. Железо почти всегда встречается в природной воде, как на поверхности, так и во взятой из скважины. Больше всего железа в болотных водах. В систему водоснабжения железо попадает из-за коррозии труб. Норма содержания железа в воде – не больше 0,3 мг/л.  Высокое содержание железа в воде неблагоприятно для кожи. Избыток железа может изменять состав крови, вызывать аллергические реакции, железо накапливается в поджелудочной железе, почках, миокарде, иногда в щитовидной железе, мышцах и эпителии языка. 

    Медь

    Медь  – это пластичный металл с невысокой  плотностью. Обладает высокой теплопроводностью.

    Медь  необходима для высших растений, для животных и для человека, поэтому недостаток меди нежелателен, однако в питьевой воде не должно содержаться больше меди, чем 1-1,5 мг/л. Повышение концентрации меди в питьевой воде вызывает поражение слизистых оболочек почек и печени. 

    Молибден

    Молибден  входит в состав человеческого организма. Но избыток его в питьевой воде может стать причиной ослабления иммунитета, изменений функций костного мозга, тимуса и селезенки. А при наличии сопутствующего недостатка в организме кальция избыток молибдена ведет к подагре (ревматическое заболевание суставов, связанное с отложением солей, может сопровождаться опуханием и деформацией суставов).

    Марганец

    Марганец  хорошо знаком нам всем в виде марганцовки, как называют в быту перманганат  калия, обладающей антисептическими свойствами. Марганец – необходимый микроэлемент, участвует в образовании костей, в кроветворении и тканевом дыхании, в жировом и углеводном обмене, поддерживает репродуктивные функции. При недостатке марганца наблюдается рвота, изменение цвета волос, замедляется сращивание костей при переломах.

    Допустимое содержание марганца в водопроводной питьевой воде – 0,1 мг/л. Это больше, чем в Европе, но в пять раз меньше, чем в Америке. При повышении содержания марганца возможно развитие анемии, нарушение функционального состояния центральной нервной системы. 

    Фтор

    Название  «фтор» восходит к греческому слову  φθόρος («разрушение»). Фтор в своем  природном виде – чрезвычайно  ядовитый газ. При этом фтор – необходимый  для человека микроэлемент. В организме  человека фтор существует в виде соединения фторапатита и содержится в эмали зубов и костях. Если фтора в воде недостаточно (меньше 0,5 мг/л), повышается опасность кариеса.

    Но  избыток фтора тоже опасен. Если в воде его слишком много (более 1,0 мг/л), это приводит к флюорозу. Флюороз проявляется в виде крапинок или пятен на зубной эмали, изменяется костная ткань (остеосклероз), кости деформируются, связочный аппарат обызвествляется. Это происходит из-за того, что при избытке фтора, поступающего в организм, соли фтора начинают откладываться в костях и зубах и замещают растворимые соединения кальция нерастворимыми соединениями кальция и фтора. Особенно опасен избыток фтора для детей, у которых коренные зубы еще находятся в стадии формирования. При небольшом превышении нормы фтора поражаются только резцы, при большом – все зубы. Поражение костей происходит при сильном переизбытке фтора – свыше 6 мг/л. Хорошая же новость заключается в том, что если уменьшить поступление фтора в организм, симптомы флюороза уменьшаются.

    Бром

    Если  ртуть – единственный жидкий металл, то бром – единственный жидкий неметалл. В простом виде это – ядовитая красно-бурая жидкость с неприятным запахом. Бром широко распространен в природе в виде соединений. В организме человека бром содержится в количестве примерно 0,2 г. Он обнаруживается в жидкостях организма: крови, слюне и моче, а также в печени и в мозге.

    Препараты брома оказывают снотворное и  успокаивающее действие.

    Избыточное  содержание микроэлемента бром в  организме может привести к кожному  заболеванию – бромодерме (высыпания  на коже в виде бляшек или пузырей), а также нарушить работу нервной системы. Недостаток брома способствует возникновению бессонницы, к снижению уровня роста эритроцитов в крови.

    Источником  поступления бромидов могут быть грунтовые или подземные воды либо сточные воды предприятий химической промышленности.

    Йод

    Йод не нуждается в представлении. Название его на греческом языке (ιώδης) значит «фиолетовый». В нормальном виде представляет собой кристаллы черного цвета  с фиолетовым металлическим отливом. В природе изредка встречается в виде минерала, но такие находки можно по пальцам пересчитать – в термальных источниках Везувия и на итальянском острове с красивым названием Вулькано. Йод находится в большом количестве в морской воде в виде иодидов (буква «и» в начале этого слова не ошибка, «йод» - это бытовое название, а «официально» в таблице Менделеева этот элемент называется именно так – «иод»).

    Йод – необходимый микроэлемент, он присутствует во всех живых организмах. У животных и человека йод входит в состав вырабатываемых щитовидной железой гормонов, которые регулируют развитие организма и обмен веществ. Дефицит йода опасен, в результате могут развиться такие заболевания, как эндемический зоб, кретинизм и гипотиреоз. В организме человека содержится 12-20 мг йода, суточная потребность в йоде составляет около 0,2 мг.

    Йод токсичен. Смертельная доза – 2-3 г. Избыток  йода вызывает поражение почек и  сердечнососудистой системы, появляется общая слабость, головная боль, рвота, понос, бурый налет на языке, боли в сердце и учащение пульса.

    Ветер со стороны моря и испарения приносят в атмосферу некоторое количество йода, которое затем захватывается  дождем и вместе с ним попадает в поверхностные воды. Также йод  выщелачивается природными водами из магматических пород. Третий источник йода – воды нефтяных месторождений и сточные воды химической и фармацевтической промышленности.

    Бор

    Бор мы все знаем «в лицо» благодаря  одному из его соединений – борной кислоте, которая применяется в  медицине как дезинфицирующее средство и входит в состав некоторых лекарств. В свободном состоянии бор – бесцветное, серое или красное кристаллическое или аморфное вещество. Роль бора в организме человека мало изучена. Бор обнаружен в костной ткани, в мышцах и в крови. Основной источник бора – пища, с нею человек ежедневно получает 1-3 мг этого элемента. Безопасная доза для взрослого человека составляет 13 мг. 

    Соединения  бора использовались не так давно  как средства для снижения веса, однако обнаружилось, что вес снижался вследствие вызванного бором обезвоживания  клеток, что вредно для организма. Борные соединения быстро всасываются, но медленно выделяются из организма. Таким образом, бор накапливается и в результате возможна борная интоксикация, которая проявляется рвотой, водянистым стулом, потерей аппетита и «борным псориазом» – кожной сыпью с упорным шелушением. Также известен борный энтерит – нарушение процессов пищеварения при длительном воздействии соединений бора.

    В природные воды бор поступает  из подземных вод, обогащенных бором  за счет содержащих бор осадочно-метаморфических пород (борацит, бура, колеманит и др.). Также насыщены бором сточные воды некоторых производств (например, кожевенного, керамического) и бытовые сточные воды со стиральными порошками. Бор содержится в некоторых удобрениях и может попадать в воду из почв.

    Мышьяк

    Русское название мышьяка связано с использованием его для истребления мышей  и крыс. Мышьяк чрезвычайно токсичен. При этом он является необходимым  микроэлементом и присутствует во всей живой природе. В теле человека мышьяк содержится в количестве 0,08-0,2 мг/кг.