Биологическая роль химических элементов в организме человека

Введение
Использование минералов и металлов в лечебных целях известно еще со времен древних цивилизаций Китая, Индии и Месопотамии. Во времена Парацельса (15 век) появилось новое стремление использовать соль в качестве лекарства. До начала 20 века металлы и их соединения широко применялись в медицине. Великий русский ученый В.И. Вернадский. В последние десятилетия ухудшилось состояние здоровья населения, связанное с воздействием социально-экономических и экологических факторов. Этот негативный процесс особенно выражается в увеличении смертности среди здоровых групп населения, снижении рождаемости и продолжительности жизни, росте хронических заболеваний населения земного шара.
Использование средних величин ухудшает характеристику природных явлений и дает ложное представление о химическом элементном составе организмов. Эволюционное значение этих данных можно понять, выяснив законы, управляющие химической изменчивостью организмов. Химические элементы в организме имеют широкий спектр синергических и антагонистических отношений. Это положение является естественной основой для изучения выраженности и оценки непропорционального развития элементного гомеостаза, что является признаком дефицита одного эссенциального микроэлемента.
Все макро- и микроэлементы оказывают большое влияние в разной степени и в разные периоды жизненного цикла организма. Они влияют на рост и развитие, процессы оплодотворения, дыхания, кроветворения, выработки иммунитета, словом, на деятельность всех морфофизиологических систем организма. Особое место в нарушении физиологических процессов и формировании патологических признаков принадлежит окружающей среде. Более двух третей населения проживает в условиях загрязнителей атмосферного воздуха, не соответствующих санитарным нормам, и подвергается воздействию вредных веществ, во много раз превышающих ПДК.
Искусственный и естественный дефицит тяжелых металлов - Pb, Cd, Hg и др., важных микроэлементов J, Se, Fe, Zn создали неблагоприятные условия для жизни человека во многих регионах. В последние десятилетия в России сформировались и развиваются два прогрессивных направления в изучении биологической роли микроэлементов.
Классификация микро- и макроэлементов Жаворонкова позволяет систематизировать данные в области изучения биологической роли химических элементов и понять их природу в комплексной науке о здоровье человека. Новые подходы, созданные учеными в области классификации химических элементов, являются приоритетом мировой науки и служат методологической основой медицинской элементологии, основанной на глубоком понимании химической природы возникновения жизни и процессов ее поддержания. Медицинская элементология (от лат. medicina от Medicus — врачебный, лечащий и elementum — начальный простейший компонент сложного целого) является отдельным научным направлением.
Целью написания реферата являлось изучить биологическую роль химических элементов в организме человека.

Глава 1. Химические элементы в организме человека
1.1 Биологическая классификация химических элементов
Живая материя состоит в основном из нескольких легко определяемых элементов, называемых «макроэлементами». Потому что они содержатся в организме в количестве более 1/100 процента. Почти 99% массы тела всех живых организмов состоит всего из четырех элементов: водорода (Н), кислорода (О), углерода (С) и азота (N). Многие биомолекулы также содержат атомы серы (S), фосфора (P) и хлора (Cl) [2].
Перечисленные элементы являются неметаллами. Кроме того, живое вещество содержит такие металлы, как щелочные (натрий – Na и калий – K) и щелочноземельные (кальций – Ca и магний – Mg). Также в организме содержатся в основном переходные металлы (марганец - Mn, железо - Fe, кобальт - Co, медь - Cu, цинк - Zn, хром - Cr, молибден - Mo) и неметаллы (селен - Se, йод - I, кремний - Si, фтор - F). По той же логиОни содержатся в небольшом количестве, поэтому их называют «микроэлементами». Содержание каждого микроэлемента не превышает 10-12% и необходимо для нормального обмена веществ даже в следовых количествах (до 10-12 %). Остальные элементы периодической таблицы не относятся к числу жизненно важных для живых существ, но они влияют на обменные процессы [4].
В целом можно выделить «полезные» (ванадий — V, хром — Cr, никель — М, бор — В), «условно незаменимые» (литий — Li, кремний — Si, фтор — F, бром — Br), «токсичные» (алюминий — А1, мышьяк — As, кадмий — Cd, ртуть — Hg, свинец — Pb, таллий — Tl), «условно токсичные» (стронций — Sr, барий — Ba, олово — Sn, вольфрам — W) элементы. Неорганические элементы участвуют во всех жизненных процессах, включая поддержание баланса заряда и электролитного гомеостаза, структурирование компонентов всех веществ в обмене веществ, передачу сигналов, поддержание кислотно-щелочного баланса и катализа, окислительно-восстановительный катализ, накопление энергии и биоминерализация [1].
Избыток или недостаток элемента, вне зависимости от степени потребности, приводит к различным нарушениям обмена веществ, а в ряде случаев и к заболеваниям. Кроме того, по мере прогрессирования заболевания уровни поглощения или элиминации этих элементов нормализуются и не всегда восстанавливаются. Термин «тяжелый металл» (ТМ) широко используется для обозначения металлов, относящихся к микроэлементам. Название обычно дается металлам с относительным атомным весом более 23 и атомным номером более 11 (Na). Однако металлы с атомными номерами 3 и 4 (Li и Be) и относительными атомными массами 6,9 и 9,0 соответственно также участвуют в биохимических процессах и также описываются этим термином. В природе атомы металлов имеют тенденцию достигать стабильных электронных конфигураций, приобретая или отдавая электроны соседним атомам других элементов [5].
Таким образом, к бионеорганическим объектам относятся также элементы, способные обмениваться электронами с атомами металлов в химических реакциях: неметаллы (C, N, O, P, S, Se, галогены) и полуметаллы (B, Si, Ge, As, Те). Можно сказать, что некоторые науки об элементах являются неотъемлемой частью биологических знаний. Важное значение имеет изучение лигандов, особенно тех, которые образуют с металлами хелатирующие соединения. Примерами хелатов являются церулоплазмин, трансферрин, ферритин и металлосодержащие ферменты, генные структуры, цитохром, гем, гемоцианин, хлорофилл и металлопротеины, такие как кобаламин [2].

1.2 Пути поступления и распределение химических элементов в организме человека
Основное количество химических элементов содержится в продуктах питания и питьевой воде, некоторое количество – во вдыхаемом воздухе и коже. Например, Si —повышенное количество которого поступает в организм ингаляционным путем в виде пыли, пескосодержащих соединений (SiO2, Si2O3 и др.).