Макрокомпоненти

З | 4

Зарубин В.С.

СПб.:Изд-во СЗТУ, 2008 – 288с.

Моделирование: системное, имитационное, аналитическое. Уч. пособие.

Петухов О.А., Морозов А.В., Петухова О.Е.

Харьков, «ХАИ», 2001 – 87с.

Методы машинного моделирования в проектировании электронной аппаратуры. Уч. пособие.

Бабаков М.Ф., Попов А.В.

Уфа, 2007 – 81с.

Моделирование систем. Конспект лекций.

Черняховская Л.Р.

Н. Новгород, 1997 – 80с.

Моделирование процессов и систем. Уч. пособие.

Волков В.Л.

М.: «Радио и связь»,1990.

Методы автоматизированного расчета электрических схем в технике связи.

Калабеков Б.А., Лапидус В.Ю., Малафеев В.М.

К.: Видавнича група BHV, 2005.

Моделювання систем.

Томашевський В.М.

Лiтература

7.Бриджмен П.

Анализ размерностей.

Ижевск, НИЦ, 2001 – 148с.

Математическое моделирование в технике.

М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2003 – 497с.

9. Гліненко Л.К., Сухоносов О.Г.

Основи моделювання технічних систем.

Львів: «Бескіт Біт», 2003 – 175с.

1 Кисень

1 Водень

' ослаблення ' розумової діяльності, ураження центральної нервової

порушення процесу дихання_

З Вуглекислий газ

формування антропоток

синів_______

Азот

подразнення

слизових

оболонок,

очей,

печінки,

зниження

артеріально-

го тиску

дисфункція центральної нервової системи, серцевої ДІЯЛЬНОСТІ

анемія, враження нирок

артеріальна гіпотонія, депресія, пору шення функцій серцево-судинної, нервово-м'язової системи анемія, гіпотонія

спрага, сухість слизових оболонок, підвищене збудження гіпотонія, рахіт, гіпертензія, вапнування суглобів, відкладення каменів руйнування печінки, діабет

остеохондроз, захворювання зубів і шлунка, ниркова недостатність, цукровий діабет

Мікрокомпонснти збудливість Гпригнічення

дихальних шляхів порушення в роботі щитовидної залози, підвищена чутливість до алергенів шлунково-кишкові захворювання утворення злоякісних пухлин

зоб, недорозвиток мозку дітей

дисбаланс обміну Са Me, P

100

,

102 Біохімія людського організму

перейшли від ферментації до дихання саме за такої концентрації кисню. Всім високоорганізованим живим істотам необхідне безперебійне надходження кисню в організм і приблизно однакове на одиницю маси живої речовини його споживання з метою збереження на певному рівні окислювальних процесів. Між споживанням кисню і виробленням енергії в організмі існують певні кількісні співвідношення. Людина у стані спокою за мінімального газообміну споживає до 250 мл кисню за 1 хвилину. Під час важкої фізичної праці споживання кисню збільшується. Особливо чутлива до його нестачі в організмі центральна нервова система. Запаси кисню в організмі людини надто обмежені — не перевищують 2,5 літра. З цієї кількості 50% кисню пов'язано з гемоглобіном і фізично розчинені в крові. Тому кисневий вміст у крові характеризує його концентрацію в організмі загалом. Зменшення вмісту кисню в повітрі до 10—13% є небезпечним. Наслідком цього можуть бути ослаблення розумової діяльності, ураження центральної нервової системи, а зниження його концентрації до 7—8% може спричинити смерть. На здоров'я людини негативно впливає руйнування озонового шару (озон е видозміною кисню — О₃). Підраховано, що зменшення озону в стратосфері лише на 1% спричинює збільшення злоякісних новоутворень шкіри на 3%, катаракт — на 0,6—0,8%, а також порушення у функціонуванні імунної системи, внаслідок чого виникають загрози інфекційних захворювань.

Поки що наука не може пояснити, чому організм не виробив здатності зберігати значні запаси такого життєво необхідного елемента, як кисень, адже в процесі еволюції виникла здатність формувати резерви жирів, вуглеводів, солей, вітамінів. Очевидно, це спричинене фізичними властивостями молекули кисню, його надмірною активністю.

Водень. В ієрархічному ряду хімічних елементів, що входять до складу людського організму, він є другим за важливістю. Водень — найпоширеніший елемент Космосу: він становить більше 70% маси Сонця і зірок, зафіксований у складі газів міжзіркового простору і туманностей. На Землі водень присутній у складі води, живих організмів тощо.

Водень не має кольору і запаху, його щільність становить 0,0899 г/л, температура кипіння — 252,6°С, при нагріванні сполучається з багатьма елементами, а в сполуці з киснем утворює воду.

Макрокомпоненти, їх властивості і вплив на організм людини

Вуглекислий газ. Великою і значущою складовою атмосфери Землі є вуглекислий газ. За розрахунками, протягом останніх 150 років внаслідок спалювання органічних речовин вугілля і нафти в атмосферу надійшло його 5 х 10^і7 гр. Фактична кількість вуглекислого газу там менша, бо багато його розчинилося в океані. Спалювання органічних речовин є лише одним із елементів кругообігу вуглекислого газу в атмосфері. Основним елементом цього циклу є фотосинтез (рослини, засвоюючи з атмосфери, океану двоокис вуглецю, утворюють за участю води вуглеводи і вивільняють кисень) і дихання (живі організми, вживаючи атмосферний кисень, засвоюють вуглеводи з утворенням вуглекислого газу і води). Отже, процес дихання забезпечує живі організми енергією.

Вуглекислий газ прозорий, має легкий кислуватий запах і присмак. Його щільність становить 1,98 г/л. Охолодження вуглекислого газу за нормального тиску до 78,5°С утворює снігоподібну масу (сухий лід).

Перевищення кількістю вуглекислого газу нормативних значень спричинює надмірне формування антропотоксинів — газоподібних речовин, які є продуктами життєдіяльності людини. Тому вуглекислий газ є відносним показником ступеня чистоти повітря, де перебуває людина. Вміст вуглекислого газу в атмосфері впливає на інтенсивність і спектр сонячної радіації, яка досягає поверхні Землі. Збільшення його кількості створює «парниковий ефект», зумовлює потепління клімату. З цим пов'язують і поширення ракових захворювань.

Азот. Як один із основних біогенних елементів азот входить до складу найважливіших речовин живих клітин білків та нуклеїнової кислоти, є основним компонентом атмосферного повітря (78% об'єму). У хімічному відношенні елемент інертний, але реагує з комплексними сполуками перехідних металів.

Вільний азот не має запаху і кольору. Щільність його становить 1,25 г/л. Біомаса суходолу Землі утримує до 10 млрд тонн азоту, а біомаса гідросфери — 300 млн тонн. Середній період кругообігу азоту в біомасі гідросфери до 1 місяця, а на суші — майже 5 років.

Азот входить до складу всіх білкових структур, є розчинником кисню, підтримує атмосферний тиск. Людина, перебуваючи в умовах підвищеного тиску, може засвоювати азот з повітря. При цьому більшість розчиненого в крові азоту переходить до жирової тканини, трубчастих кісток, жирових складок, оболонок суглобів і розчиняється в

Біохімія людського організму

їх тканинах. За зниження тиску починається зворотній процес (перехід азоту з тканин до крові і виділення його з повітрям, яке видихається).

Азотисті сполуки негативно діють на організм людини. Так, аміак різко подразнює очі, верхні дихальні шляхи, зумовлює головні болі, кашель. Азот може надходити в організм людини через неушкоджений шкіряний покрив тіла і зумовлювати дистрофію канальців нирок, зміну активності ферментів у печінці, порушувати кислотно-лужний баланс.

Вдихання сполук азоту з хлором спричинює болі у горлі; сполук із сіркою — бронхіти, порушення вуглеводневої і жирової функцій печінки; оксидів азоту — кашель і подразнення носоглотки. Нітрити натрію викликають головні болі, шум у вухах, зниження артеріального тиску, запаморочення тощо. Нітрати амонію отруюють організм. Наприклад, під час роботи у полі з міндобривом (аміачна селітра) отруєння відбувається у різко вираженій формі: віддишка, кашель, нудота, болі в області серця, різке зниження сечовиділення. Часто виникають кон'юнктивіти і бронхіти.

Сірка. Завдяки своїй хімічній активності сірка утворює стійкі сполуки майже з усіма хімічними елементами (за винятком азоту) у біохімічній оболонці людини. У складі нашої планети вона займає до 2,74%. Сірка є в літосфері, ґрунтах, континентальних водоймах, атмосфері, океанічному просторі. Щільність сірки — 2070 кг/м³, температура плавлення — 112,8°С.

Сірка у складі кремів використовується при лікуванні захворювань шкіри. У розпиленому стані вона подразнює органи дихання та слизові оболонки.

Фосфор. У живих клітинах людського організму фосфор є компонентом біологічних мембран нервової системи. У різних сполуках він бере участь у транспортуванні жирів, жирних кислот і холестерину в крові, часто визначає біомасу і продуктивність живої речовини. Значна кількість фосфору є у складі кісток і зубних тканин.

У живій речовині суходолу Землі знаходиться 5 х 10⁹ тонн фосфору. Він існує у трьох алотропних (алотропія — здатність хімічних елементів існувати у певній кількості речовин з різними фізичними і хімічними властивостями) модифікаціях: білий, червоний і чорний. Найактивніший серед них білий фосфор, а найстійкіший у природних умовах — чорний.

Для глобального циклу фосфору головне значення має його міграція у системах біологічного кругообігу і континентального стоку.

Макрокомпоненти, їх властивості і вплив на організм людини

З воднем фосфор утворює фосфіт, при отруєнні яким з'являються біль у грудях, страх, розширення зіниць, запаморочення, параліч дихання і серцевого м'яза. Сполука фосфору з цинком токсично діє на печінку, нирки, селезінку, залози внутрішньої секреції. Характерним симптомом є випадання волосся. При роботі з фосфорними добривами відчувається дія фосфату на слизову оболонку, розвиваються дерматити і захворювання очей.

Дефіцит фосфору в організмі зумовлює дисфункції центральної нервової системи, параліч дихальної мускулатури, порушення мінералізації кісток і серцевої діяльності.

Хлор. У звичайних умовах він фігурує як газ зі специфічним запахом. Хлор у 2,5 раза важчий за повітря, зріджується під тиском при 20°С. В природі поширений лише у сполуках, мігрує тільки водним шляхом. Цей елемент є дуже активним, він утворює сполуки з металами і неметалами.

У живих організмах хлор присутній в таких концентраціях (в мг на 100 гр. сухої речовини): морські водорості — 470; наземні рослини — 200; морські тварини — 500—9000; бактерії — 230.

Отруєння ним спричиняє важкі симптоми: біль у грудях, кашель, хронічний катар слизових оболонок, бронхіти тощо. Надмірна концентрація у воді хлорату натрію зумовлює враження нирок, анемію. При надходженні його в організм людини через повітря ушкоджуються дихальні шляхи, можливі паралічі.

Калій. Він є основним внутріклітинним катіоном (позитивно заряджений іон). Калій належить до лужних металів і за вмістом у земній корі посідає сьоме місце. Він постійно є у складі тканин рослинних і тваринних організмів. В організмі людини його знаходиться 160—250 г, з яких 98% — внутріклітинне. Однією з найважливіших функцій калію є підтримка потенціалу клітинної мембрани. Концентрація іонів калію впливає на осмотичний тиск У клітинах — тиск розчину на напівпроникну перетинку, яка відокремлює його від розчинника або розчину меншої концентрації. Конкурентність між іонами калію і натрію обумовлює участь калію в регуляції кислотно-лужної рівноваги в організмі.

Надлишок калію у людському організмі може спричинити раптову зупинку серця, прояви паралічу. -.

106 Біохімія людського організму

Магній. За поширенням у земній корі магній посідає восьме місце серед хімічних елементів. Загальна маса магнію в організмі людини не перевищує 20 гр. Це другий після калію внутріклітинний катіон. Знаходиться він у кісткових тканинах, м'якій м'язовій складовій організму. Він активує ферменти, регулює реакції фосфорного обміну, метаболізм білків, ліпідів і нуклеїнових кислот.

Людині магній необхідний для забезпечення нормального функціонування нервової і м'язової тканин. Він захищає організм людини від негативних емоційних впливів, емоційних перевантажень, у стресових ситуаціях. Нестача його спричинює підвищену збудливість психіки, психоневрологічні розлади.

Надлишок магнію в організмі може пригнічувати дихальні центри. Підвищений його вміст в крові спостерігається при захворюваннях нирок, цукровому діабеті, а також може створювати наркотичний ефект.

Натрій. Як і калій, він належить до групи лужних металів, посідає шосте місце за наявністю у земній корі і перше місце серед металічних елементів у Світовому океані.

Натрій є основним позаклітинним катіоном. В організмі людини до 50% його знаходиться у позаклітинній рідині, 40% — у кістках і хрящах, 10% — у клітинах. Він бере участь у підтриманні кислотно-лужної рівноваги і входить до складу бікарбонатної, фосфатної буферних систем. Обмін натрію є основою водносольового обміну організму. Натрій забезпечує постійність осмотичного тиску в організмі. З участю його іонів передається збудження по нервовому волокну, від них залежить нервово-м'язова активність. Разом з калієм натрій відіграє основну роль у скорочувальній функції міокарду.

Добова потреба натрію для організму в середньому становить 4 г. Надлишок натрію виникає при вживанні з харчовими продуктами великої кількості кухонної солі, зневодненні організму, різних ушкодженнях головного мозку тощо. Клінічно це проявляється підвищеним збудженням, сильною спрагою і сухістю слизових оболонок. У важких випадках можливі судороги, порушення свідомості. У дітей при хронічній гіпернатріємії (надлишку натрію) можливе відставання в розумовому розвитку.

Нестача натрію в організмі може виникати при дефіциті кухонної солі, введенні у великих кількостях гіпотонічних розчинів хлориту натрію при шоковому стані. Хронічна нестача настає при раковому захворюванні легень. Клінічно

Макрокомпоненти, і'х властивості і вплив на організм людини

гіпонатріємія (нестача натрію) характеризується загальною слабкістю, анемією, головними болями та гіпотонією.

Кальцій. Цей лужноземельний метал хімічно є дуже активним. За поширенням у земній корі займає п'яте місце.

В організмі людини є 1—2 кг кальцію, з яких 99% акумулюється у кістковій і хрящовій тканинах. У крові він знаходиться в неорганічних сполуках і білкових комплексах. Кальцій є основним структурним елементом кісткових тканин, впливає на проникність клітинних мембран, бере участь у роботі багатьох ферментних систем, в передачі нервових імпульсів, м'язовому скороченні, відіграє важливу роль у всіх стадіях згортання крові. Його іони, будучи наявними у різних білкових структурах, керують функціями, життєвим циклом клітин. Ефективність їх впливу ґрунтується на здатності живих клітин підтримувати в цитоплазмі мінімальний рівень кальцію у вільному стані, витрачаючи на усунення його надлишку багато своєї метаболічної енергії. Тому незначні коливання його рівня є керуючими сигналами. З цим пов'язані і певні проблеми, оскільки з порушенням роботи механізмів, які підтримують необхідний баланс кальцію, його іони можуть спричинити зниження регулятивної функції клітин.

Нагромаджуються кальцієві іони в мітохондріях, звідки за необхідності повертаються у внутріклітинний кругообіг.

Унікальні фізико-хімічні характеристики іонів (Са²+) роблять їх активними учасниками будь-яких життєвих процесів у клітині, однак надмірна їх активність може бути смертельно небезпечною для людини. Тому регуляція внутріклітинного кальцієвого обміну є однією з головних проблем. Надлишок (гіперкальціємія) його проявляється в уповільненні росту організму, гіпотонії м'язів, відчутті спраги. За тривалої гіперкальціємії можливі артеріальна гіпертензія, рахіт, злоякісні утворення, а також закупорювання судин, втрата їх еластичності, вапнування суглобів, відкладання каменів у нирках і сечовому міхурі. Недостача кальцію спричинює остеохондроз, захворювання зубів, шлунка, ниркову недостатність, цукровий діабет, судоми.

Добова потреба організму в кальції становить 800— 1100 мг.

Залізо. За поширенням у земній корі залізо займає четверте місце, воно є у складі майже 300 мінералів.

В організмі людини воно міститься у

Мікрокомпоненти, їх властивості і вплив на організм людини

Біохімія людського організму

гемоглобіні, 5—10% у складі міоглобіну, 1% — в дихальних ферментах. Без нього не обходиться формування окисно-відновлювальних ферментів. Залишок заліза обсягом до 20% утворює специфічний резерв, який використовується в процесах енергетичного обміну і в роботі м'язової системи. Добова потреба організму в залізі становить 15 мг. Засвоєнню заліза сприяє вітамін С, а заважають — кальцій та фосфор.

Надлишок заліза зберається у печінці і підшлунковій залозі, що спричинює пожовтіння шкіри, руйнування печінки і діабет.

При дефіциті заліза виникають анемія, головні болі, нежить, трофічні зміни нігтів, спотворений апетит, підвищується вірогідність інфекційних захворювань.

Наявність макрокомпонентів у людському організмі у чітко визначеній кількості є необхідною умовою його злагодженого функціонування, а їх недостача чи надлишок призводять до серйозних проблем. Організм не здатен самостійно синтезувати абсолютну більшість макроелементів, що актуалізує необхідність дотримуватися екології харчування.

5.2. Мікрокомпоненти, їх властивості і вплив на організм людини

У здоровому людському організмі мікроелементи виконують структурну функцію, входять до складу його твердих і м'яких тканин, забезпечують усі фізіологічні функції. Концентрація мікроелементів змінюється в діапазоні від 0,001% до 0,0001%. Більшість мікроелементів визнані есснціальними — життєво необхідними. Вони беруть участь в усіх обмінних процесах, тканинному диханні, рості і розмноженні організму, знешкодженні токсичних речовин, стимулюють функції кровотворних органів, нервової і серцево-судинної систем, мобілізують захисні функції організму, використовуються в процесах адаптації, позитивно впливають на емоційну сферу.

Мікроелементи присутні у структурі білкових речовин, необхідні при біосинтезі нуклеїнових кислот, утворенні потрібних для нервової діяльності високомолекулярних

сполук, впливають на функціонування генетичного апарату. Без них неможливі вуглеводний обмін і попередження ожиріння. Деякі мікроелементи (срібло, ртуть, молібден) мають антимікробну дію, можуть посилювати дію різних лікарських речовин завдяки антитоксичним властивостям. Дефіцит і надлишок мікроелементів впливають на життєдіяльність організму.

Головною їх особливістю є повсюдне поширення. Перебуваючи у розпиленому і розсіяному станах, мікроелементи потрапляють у мікроскопічні ніші людського організму.

Йод. В організмі людини утримується 20—ЗО мг йоду, 10 із яких знаходиться у щитовидній залозі, де він виконує свою біологічну функцію як складова гормону тироксину. В обміні беруть участь неорганічний йод плазми крові, гормональний йод, що присутній у клітинах інших тканин. Йод «відповідає» за спалювання жирів. Добова потреба у йоді 50—60 мг.

Надлишок йоду проявляється у підвищеній чутливості до алергенів, інколи — у надмірній активності щитовидної залози. Дефіцит його зумовлює епідемічний зоб, збільшення (гіпофункцію) щитовидної залози, наслідком чого бувають затримання обмінних окислювальних процесів, зниження температури тіла; у дітей — недорозвиненість мозку і кісткової системи. За нестачі йоду можливі вади розвитку плоду під час вагітності.

Бор. Найбільше бору знаходиться у кістковій тканині і зубній емалі, а загальний його вміст в організмі людини не перевищує 20 мг. Його фізіологічна функція полягає в регулюванні паратгормону, а через нього — у регулюванні обміну кальцію, магнію і фосфору.

Надлишок бору в організмі викликає бороз — гостру інтоксикацію його сполуками (подразнення ниркових ка-нальців). При захворюванні верхніх дихальних шляхів і легень може виникнути хронічний бороз. Захворювання шлунково-кишкового тракту теж можуть бути спричинені надлишком бору. Ознаки дефіциту бору зареєстровані тільки в експериментах.

Цезій. Цей хімічно активний елемент є основним радіологічним забруднювачем довкілля і негативно впливає на стан здоров'я людини. В організмах він заміщує кальцій, спричиняє утворення злоякісних пухлин. Цезій-137 є основним радіаційним забруднювачем на значних територіях, що постраждали від аварії на ЧАЕС і при випробуваннях ядерної зброї.

І

Біохімія людського організму

Мікрокомпоненти, їх властивості і вплив на організм людини

Натепер відомо 22 нестабільних штучних радіонукліди цезію. Джерелом радіоактивного забруднення цезієм-137 стали глобальні викиди при випробуваннях ядерної зброї в атмосфері та на підприємствах атомної енергетики. Загальна кількість викидів цезію-137 в стратосферу оцінюється в 960 ГДК (гранично допустимих концентрацій). Цезій викликає променеву хворобу.

Ванадій. Організм людини містить 10 мг елемента, третина з яких акумулюється в жировій тканині, 17% — в скелеті, а також в зубній емалі. Концентрація в плазмі крові становить 0,5—2,3 мкг/100 мл у вигляді так званого метаванадагіону. Всередині клітин ванадій знаходиться у відновлювальній формі, 90% його захоплюється фосфатами. Як елемент третього класу небезпеки він легко абсорбується в організм через шкіряний покрив і легені. При важких формах інтоксикації виникають бронхопневмонія, головні болі, підвищена частота серцебиття, пітливість, шкіряні екземи та бронхіальна астма. При тривалій дії малих концентрацій оксидів ванадію розвивається пневмосклероз і хронічний бронхіт, а також алергічні захворювання.

Марганець. Він входить до складу метало-протеїново-го комплексу ферментів або активує їх. Марганець може замінювати магній в клітинних ферментних реакціях. Він необхідний для формування з'єднувальної тканини і кісток, росту організму, ембріонального розвитку внутрішнього вуха, репродуктивної функції й ендокринних залоз. В організмі людини утримується 10—20 мг марганцю, а його добова потреба становить 2—3 мг.

В організм він надходить через шлунково-кишковий і респіраторний тракти. Надлишок марганцю зумовлює синдром паркінсонізму (розлад рухової активності), психічні відхилення, астеновегетативний синдром. Накопичується марганець у печінці, нирках, підшлунковій залозі. Надлишкова концентрація спостерігається у волосяному покрові.

Дефіцит марганцю сприяє розвиткові діабету і судомного синдрому.

Основним шляхом виведення марганцю з організму людини є система травлення, куди він потрапляє з жовчю і соком підшлункової залози. Найбільша кількість елемента виводиться з сечею.

Мідь. В організмі дорослої людини є до 80 мг міді, половина якої утримується в кістках, 10% — у печінці. Добова потреба організму в міді становить 2—5 мг. Вона є компонентом багатьох ферментів і білків, які беруть

участь в окислювально-відновлювальних процесах. Мідь впливає на кровотворення, синтез з'єднувальної тканини, передачу нервових імпульсів, забезпечує повноцінний енергетичний метаболізм серцевого м'яза, регулювання гормональних механізмів, бере участь у процесі очищення організму від «відходів» обміну речовин, утворення пігменту шкіри та волосся, будові кісткової тканини і нервових клітин, їй властива протизапальна дія.

Значна кількість міді акумулюється у плазмі крові. Добова потреба людини в міді становить 2—5 мг. Надлишок концентрації її в крові спостерігається при гострих і хронічних запаленнях, шизофренії, алкоголізмі, ревматизмі, бронхіальній астмі, захворюваннях нирок, печінки, інфаркті міокарда, лейкозах і після складних операцій. Буває він і наслідком спадково зумовленого обміну міді, пов'язаного з паталогічним її розподілом (крупновузловий цироз печінки). Нестача міді призводить до порушень у формуванні серцево-судинної системи, скелету, центральної нервової системи, поглиблює спадкові хвороби (хвороба «кучерявого волосся» з важким ураженням центральної нервової системи, аномалії скелету), зумовлює надлишкову концентрацію холестерину.

Цинк. Зберігається він переважно в м'язах, еретроци-тах, плазмі, сперматозоїдах. Загальна його кількість становить 1,5—2 г. Є він і в складі металоферментів, що беруть участь у різних метаболічних процесах, зокрема у синтезі та розпаді вуглеводів і жирів. Необхідною є участь цинку в синтезі білка і нуклеїнових кислот, стабілізації структури ДНК, процесах білкового обміну. Отже, цинк впливає на функціонування генетичного апарату, ріст і поділ клітин, заживления ран, вироблення рефлексів поведінки, розвиток мозку і забезпечує смакові сприйняття. Він є у складі шлункового соку і каталізує енергетичні процеси в клітинах.

За токсичною дією на організм людини цинк належить до мікроелементів першого класу небезпеки. Надлишок його в організмі зумовлює загальну захворюваність дітей, змінює склад крові. З Продуктів, що тривалий час зберігаються в оцинкованій посуді, приблизно 220—450 мг цинку переходить в організм, що викликає нудоту. Вживання його 100—300 мг/день спричинює дефіцит міді. Добова потреба організму у цинку — 10—15 мг. Дефіцит цинку призводить до вроджених пороків розвитку плодів (викривлення хребта, пороки серця тощо).

Біохімія людського організму

При екзогенному дефіциті цинку, порушеннях його всмоктування розвиваються анемія, карликовість, дерматит, можливі передчасні роди, вроджені каліцтва, затримання росту і статевого розвитку, порушення смакової чутливості і нюху, уповільнене загоювання ран.

Молібден. Цей мікрокомпонент відіграє важливу роль у функціонуванні ферментів, що завершують утворення сечової кислоти в організмі людини.

Надлишок молібдену провокує розвиток епідемічної молібденової подагри (спалахує у Вірменії), спричиняє гастрити, холецистити, порушення функції печінки, ве-гетодистонію і карієс зубів. Свідченням дефіциту молібдену є зниження активності молібденоутримуючих ферментів, розумова відсталість, підвищене виділення з сечею сульфітів.

Кобальт. Концентрується він у печінці, дещо меншою мірою — у щитовидній залозі, нирках, лімфатичних вузлах і підшлунковій залозі. Без нього не обходиться кровотворення, він є у складі вітаміну В₁₂, впливає на всмоктування заліза. Добова потреба організму в кобальті становить 0,05—0,1 мг.

При надлишку кобальту можливі ураження органів дихання, кровотворення, серцево-судинної та нервової систем, а також алергічний дерматит, хронічний бронхіт, пневмонія, захворювання кишково-шлункового тракту і жовчовивідних шляхів. За дефіциту кобальту можливі нестача вітаміну В₁₂, атрофія слизової оболонки кишечника. Ендогенний дефіцит настає при хронічному гастриті, виразковій хворобі дванадцятипалої кишки.

У розпиленому стані кобальт токсичний.

Селен. Необхідність селену для організму людини була з'ясована у 1935 p., коли в Китаї через його недостачу в навколишньому середовищі постраждало 40% населення. Важливість селену зумовлена його участю в дії окислю-вально-відновлювальних ферментів, багатьох анаболічних процесах, розкладанні пухлинних клітин. Пов'язаний він з процесами росту і старіння, передачею генетичної інформації. Селен є складовою частиною гормонів і ферментів. З допомогою цього елемента зашифровано код у хромосомному апараті клітин. Він с природним антиоксидантом, захищає мембрани клітин від руйнування, сприяє їх відновленню, продовжує їх життя.

В організмі, в якому є надлишок селену, можливі виникнення селенового токсикозу з дерматитом.

Особливості впливу на людський організм мікроелементів-канцерогенів 113

ня емалі зубів, анемія, нервові розлади, селенотоксична дегенерація печінки, збільшення селезінки, зміни форм нігтів і волосся. Селен також подразнює слизову оболонку, зумовлює бронхіти, гастрити, недостатність міокарда.

Дефіцит селену впливає на спадковий фіброз підшлункової залози, може стати фактором підвищеної смертності при злоякісних новоутвореннях шлунка, кишечника, молочної залози, яєчників, простати і легень. З цим пов'язано більше 70 різних захворювань (порушення обміну речовин, дисфункція щитовидної залози, зниження імунітету, 14 різновидів серцево-судинної патології, 8 видів ракових захворювань, малокрів'я, бронхіальна астма, нирковокам'яна хвороба, цукровий діабет, остеохондроз тощо).

Унаслідок підвищеної радіації, негативної дії хімічних факторів в організмі утворюється надлишок вільних радикалів, які атакують мембрани клітин, знищуючи їх головну частину. Захищають організм від негативної дії радикалів так звані оксидентні системи, до складу яких входить селен. Його достатня кількість сприяє зв'язуванню вільних радикалів до того, як вони починають проявляти свою руйнівну дію. Для цього людина повинна отримувати щоденно з продуктами харчування від 100 до 250 мг селену, вміст якого найвищий в яйцях, часникові, капусті, продуктах морів.

Отже, біофіли є основою біохімічної оболонки людського організму, збудниками, каталізаторами, «диригентами» всіх процесів при обміні речовин. Недостатня кількість або їх надлишок спричиняють різноманітні патології людини. Правильне дозування вмісту усіх складників, що створюють геохімічну структуру людського організму, є передумовою тривалого функціонування його органів і систем, забезпечення активного довголіття.

5.3. Особливості впливу на людський організм мікроелементів-канцерогенів

. Як правило, таку дію

Особливості впливу на людський організм мікроелементів-канцерогенів

Біохімія людського організму

мають різноманітні сполуки, які викидають в повітря підприємства, що спалюють вугілля, нафту, а також різноманітні види транспорту. Найпоширенішими компонентами цих сполук є кадмій, свинець. Дуже небезпечним для людини є вдихання випарів ртуті.

Кадмій. Цей мікроелемент, за припущеннями дослідників, спричинює онкологічні захворювання. Рак легень, вірогідно, є результатом тривалої дії аерозолю оксиду кадмію, що надходить в альвеоли з тютюновим димом, оскільки серед постраждалих від раку легень 80— 90% — курці. Тютюн акумулює кадмій, що надходить з ґрунту в кількості до 2 мг/кг, що в багато разів перевищує гранично допустимий його вміст в основних продуктах харчування: молоко — 0,01 мг/кг, овочі, фрукти — 0,03 мг/кг, хліб — 0,02 мг/кг, м'ясо — 0,05 мг/кг, риба — 0,1 мг/кг.

Щоденно з їжею, водою і повітрям в організм людини надходить до 0,2 мг кадмію. Всмоктування в кров кадмію, що надходить пероральним шляхом, становить 5%, решта (80%) передається через дихання. З цієї причини вміст кадмію в організмі мешканців великих міст з їх забрудненою атмосферою нерідко у десятки разів більший, ніж у жителів сільської місцевості. Характерними кадмієвими хворобами жителів міст є гіпертонія, ішемічна хвороба серця, ниркова недостатність.

Курці, особи, зайняті на виробництвах, які використовують кадмій, часто хворіють емфіземою легень, а ті, хто не палить, — бронхітами, фарингітами та іншими захворюваннями органів дихання. Найсерйознішим наслідком кадмієвої токсикації є ниркова недостатність, зниження інтенсивності виведення з організму багатьох токсинів.

У повітря кадмій надходить від спалювання твердого і рідкого палива на теплоелектростанціях, у двигунах внутрішнього згоряння, з газовими викидами підприємств, що виробляють або використовують кадмій. Крім осідання кадмієвих аерозолів на ґрунт, його ще вносять туди з мінеральними добривами: суперфосфатом (7,2 мг/кг), фосфатом калію (4,7 мг/кг), селітрою (0,7 мг/кг).

В організмі людини кадмій можна знайти у всіх органах і тканинах, але найбільше його акумулюється у нирках і печінці. В людей середнього віку його може бути до 50 мг.

За рекомендаціями ВООЗ допускається добова доза кадмію приблизно 70 мкг, однак реальне його надходження з їжею і повітрям досягає 150 мкг/добу.

Свинець. Як і кадмій, ртуть, він належить до першої групи небезпеки. Його використовують при виготовленні сурику, свинцевих білил, глазурі. Металічний свинець ще з часів Давнього Риму застосовували при проведенні водопроводів.

У результаті виробничої діяльності в природні води щорічно потрапляє 500—600 тис. тонн свинцю, а на поверхню Землі через атмосферу його осідає до 400 тис. тонн. У повітря основна частина свинцю (260 тис. тонн) викидається відпрацьованими газами автотранспорту, а також (до ЗО тис. тонн) при спалюванні кам'яного вугілля. Подвоєння його вмісту у повітрі відбувається через кожних 14 років. Основною формою його перебування там є тонкі аерозолі оксидів. У районах автомагістралей їх може бути до 40 мкг/м³. У країнах, де використання бензину з домішками тетраетилу свинцю зведено до мінімуму, вміст оксидів свинцю у повітрі менший на 25%.

Щоденно в організм людини надходить 70—400 мкг свинцю при вмісті його у зрілому організмі 7—15 мг. Основним джерелом надходження свинцю є рослинна їжа. У хлібі, овочах є 20 мг/100 г, свинині, фруктах — 15; в одній сигареті міститься 1—5 мкг. У середньодобовому раціоні його має бути не більше 250 мкг, що у 10 разів менше токсичної дози.

Зі шлунково-кишкового тракту свинець виводиться у формі малорозчинних фосфатних та інших солей. Певна його кількість всмоктується і транспортується кров'ю у комплексах з білками. Більше 90% свинцю, що всмоктується, залишається в кістках і внутрішніх органах. Дефіцит кальцію, фосфору, заліза, міді, магнію в крові посилює його всмоктування, тобто за неповноцінного харчування надходження свинцю у кров збільшується. Ефективно зв'язує свинець, що надійшов в організм, пектин, який є в апельсиовій шкірці.

З питною водою надходить кілька відсотків свинцю від тої кількості, що потрапляє в організм з їжею і повітрям. Вміст свинцю у хлорованій водопровідній воді більший, ніж у нехлорованій. Величина ГДК свинцю у воді джерел водопостачання — 0,03 мг/л, а природний нормальний вміст його — в 10 разів нижчий.

Через плаценту матері свинець проникає в організм дитини.

Біохімія людського організму

Надмірний вміст свинцю підвищує ризик смертності від серцево-судинних захворювань. Відомі випадки гострої побутової інтоксикації: квасом, що простояв 5 днів у глазурованій глиняній посудині; огірками, замаринованими у глиняному посуді; варенням, що зберігалось в глазурованих горшках.

Ртуть. Рідка ртуть не має виражених токсичних властивостей. У минулому її навіть використовували при лікуванні завороту кишечника. Однак випари ртуті згубно впливають на організм, вражаючи центральну нервову систему. Хронічне отруєння ртуттю може статись при вмісті у повітрі її сотих долей. Хвороба прогресує швидко, виражаючись втомленістю, підвищеною збудливістю з наступним ослабленням пам'яті, головними болями тощо.

Донедавна скидання у воду рідкої ртуті не вважалося екологічно шкідливим. Однак з'ясувалося, що деякі водні мікроорганізми сприяють переводу ртуті в демитил ртуті. Проходження цієї сполуки по харчовому ланцюжку спричинило її накопичення в організмах хижих риб (тунець, лососеві) до рівня, що робить їх непридатними для їжі. В організм людини найбільше ртуті надходить з рибопродуктами, в яких її вміст може значно перевищувати гранично допустимі концентрації. У повітрі її ГДК становить 0,0003 мг/м³, у воді — 0,0005 мг/л. Надмірний вміст ртуті в організмі людини спричинює захворювання карієсом і пневмонією.

Мікроелементи ртуті постійно присутні в організмі людини (приблизно 10 мг) і в основному акумулюються у нирках і печінці. При надходженні в легені ртуть затримується повністю. Виведення її з організму здійснюється усіма залозами кишково-шлункового тракту, нирками, потовими, молочними і слинними залозами. Період напіввиведення становить 71 добу.

Канцерогенні речовини с особливо небезпечними ще й тому, що серйозної шкоди організмові завдають навіть мікроскопічні їх концентрації. При цьому особливо важливим є забезпечення екології довкілля, адже основним джерелом отруєння концерогенами є повітря, яким дихає людина.

Шкодять людському організмові промислові викиди підприємств, які потрапляють не лише у повітря, а й у воду та ґрунт. Тому особливо потерпають від дії канцерогенів жителі великих промислових центрів.

Шляхи надходження елементів-забруднювачів в організм людини Ц7

5.4. Шляхи надходження елементів-забруднювачів в організм людини

Хімічні елементи різними шляхами і в різних дозах потрапляють в організм людини, приносячи йому і шкоду і користь, їх міграція в екосистемах відбувається за участю організмів, повітря, води, колоїдних розчинів і внаслідок техногенних процесів. На їх переміщення впливають внутрішні і зовнішні фактори. До внутрішніх факторів міграції хімічних елементів належать їх властивість утворювати сполуки різної розчинності, летючості, твердості, а також поглинання людським організмом. Відчутно впливає на міграцію форма перебування хімічного елемента (в кристалічній решітці мінералів, у складі газів, в живих організмах, у формі іонів води тощо). Зовнішніми факторами міграції хімічних елементів є умови, в яких вони мігрують (температура, тиск, стан рідких речовин (лужно-кислотний і окислювально-відновлювальний)).

Залежно від середовища і форм перебігу міграційних процесів виокремлюють біогенну, водну, колоїдну, повітряну, техногенну міграції.

Біогенна міграція хімічних елементів. Суть її полягає у переміщенні хімічних елементів з допомогою мікроорганізмів, рослин і тварин. Прикладом біогенної міграції є геохімія фотосинтезу. Утворення живої речовини з неорганічних сполук навколишнього середовища відбувається переважно в результаті фотосинтезу зелених рослин за такою сумарною реакцією: СО₂+Н₂О + світлова енергія = хлорофіл та інші органічні сполуки.

Вихідними речовинами фотосинтезу є вуглекислий газ і вода, які в умовах земної поверхні без залучення організмів є нейтральними. У процесі фотосинтезу виникає сильний окислювач (вільний кисень), а також сильний відновлювач (органічні сполуки). Атоми вуглецю, водню і кисню заряджаються енергією і стають геохімічними акумуляторами.

В утворенні вільного кисню і поглинанні вуглекислого газу полягає киснево-вуглекислотна біогеохімічна функція живої речовини, якщо вона пов'язана з процесами, що відбуваються всередині організмів.

Біохімія людського організму

Хімічний склад живих істот, а також пов'язані з їх діяльністю хімічні процеси вивчає біохімія.

Водна міграція хімічних елементів. Більшість хімічних елементів мігрують в іонних, молекулярних або колоїдних (утворених з рівномірно розподілених дуже дрібних частин) водних розчинах. Значна кількість розчинених речовин перебуває у формі іонів, серед яких домінують Са+, Mq+, Na+, HCO3, SO^-, СІ- (шестикомпонентний склад); у водах більшості ландшафтів — Ca>Mg>Na; HCO₃>SO₄>C1, але можуть бути інші співвідношення. Водна міграція здійснюється дифузією або фільтрацією.

Колоїдна міграція хімічних елементів. Найважливіші складові ландшафту, що визначають його своєрідність, знаходяться в колоїдному стані або подолали його в процесі свого утворення. Колоїдні розчини менш стійкі, ніж істинні. З них елементи випадають в осади, утворюючи збагачені водою драглеподібні осади-гелі. При подальшій трансформації колоїдних розчинів відбуваються сорбційно-адсорбційні процеси.

Повітряна міграція хімічних елементів. У ландшафтах шляхом дифузії відбувається міграція газів. Атмосферні опади переносять солі різних хімічних елементів, переважно представників шестикомпонентного складу.

Техногенна міграція хімічних елементів. Цей вид міграції хімічних елементів є найскладнішим, оскільки він пов'язаний з діяльністю людини, яка постійно ускладнюється й урізноманітнюється з метою якомога глибше і повніше оволодіння природними ресурсами і середовищем життя, внаслідок чого змінюється біосферна оболонка планети. Нерідко техногенна міграція пов'язана з руйнівними процесами в екосистемі.

Очевидно, що всі живі організми, і людський зокрема, безперервно «атакують» елементи-забруднювачі. Тому одним з основних завдань екології людини е розроблення заходів, спрямованих на обмеження їх шкідливої дії.

5.5. Глобальна міграція забруднювачів

Людина належить до єдиного, цілісного екопростору, елементи якого взаємопов'язані різноманітними залежностями. Попри масштаби цього простору, будь-які анома-

Глобальна міграція забруднювачів

лії, катаклізми в одному місці негативно позначаються на функціонуванні екосистем в інших. Це стосується і негативного впливу на нього різноманітних забруднювачів, здатних поширюватися у глобальних, трансконтинентальних, регіональних, локальних масштабах.

Планетарні забруднення екопростору. Суть їх полягає в поширенні забруднень через атмосферу Землі і води Світового океану по всій планеті.

Отруєння атмосферного повітря відбувається внаслідок вибухових вивержень вулканів, коли вулканічний попіл піднімається на значні висоти і під дією атмосферної циркуляції розсіюється у глобальних масштабах. Наприклад, вулкан Тамбора на о. Сумбава в Індонезії у 1815 р. викинув у повітря, за підрахунками, від ЗО до 300 кубокілометрів попелу, який був рознесений на значні території. Осівши на пасовища Австралії, вулканічний попіл з надлишковим вмістом кобальту через століття спричинив хвороби і загибель великої кількості людей на континенті.

Деякі райони сучасного вулканізму характеризуються високим вмістом ртуті в атмосфері. Так, у Рейк'явіку (столиці Ісландії) вміст ртуті становить 0,62 мкг/м³, на вулканічному о. Сурстей — 5,6 мкг/м³, у районі фонтануючого джерела Великий Гейзер — 37,0 мкг/м³ (у невулканічних районах вміст ртуті у повітрі — 0,0011 мкг/м³). Крім ртуті і кобальту, вулканічні пилегазові викиди містять багато хімічних сполук, що забруднюють атмосферне повітря через дихальні шляхи потрапляють в організм людини.

Трансконтинентальне забруднення екопростору. На трансконтинентальні віддалі забруднювачі переносять переважно вітер і вода. Наприклад, внаслідок сильних піщаних бур над пустелями Північної Африки мілкозем Сахари з повітряним потоком досягав Скандинавії та Великобританії. Неодноразово червонуватий пил випадав на альпійських льодовиках. Середній розмір пилинок, що осідають за багато сотень кілометрів, становить 2— 5 мікронів.

Максимальною є концентрація мікроелементних сполук при зустрічі атмосферних фронтів холодного і теплого повітря, коли клин холодного повітря підходить під теплу повітряну масу і витісняє її вгору. Такою є ситуація під час проходження циклонів. Як правило, циклон жене забруднену приземну масу повітря перед собою зі швидкістю ЗО— 40, інколи 80 км/год, і переносить мікроелементи на значні відстані, де вони вимиваються з повітря опадами і осідають на поверхню ландшафтів.

Дата добавления: 2014-12-07