Статья «Патология и токсичность тяжелых металлов в живых организмах»

ГКУ ССОШ № 3 города Армавира

Краснодарского края

учитель химии и биологии

Эксузян К.Г.

 

Тема: Патология и токсичность тяжелых металлов в живых организмах

Аннотация. Статья ориентирована на учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений. В содержание статьи включены сведения о неорганических веществах–металлах, положение элементов, их строение и свойствах, а также химических процессах, протекающих в окружающем мире. Статья посвящена систематике химических элементов-металлов. Положение металлов в системе химических элементов Д.И. Менделеева. Нахождение металлов в природе, особенно тяжелых металлов и их соединений.

Ключевые слова: тяжелые металлы, патология, токсичность, биогенные элементы, макроэлементы, микроэлементы, католическое действие, биосфера, экология, концентрация, степень токсичностей.

 

«Чем легче учителю учить, тем труднее ученикам учиться. Чем труднее учителю, тем легче, ученику. Чем больше будет учитель учиться сам, обдумывать каждый урок и соразмерять с силами ученика, чем больше будет следить за ходом мыслей ученика…..тем легче будет учиться ученику (Л.Н. Толстой)»

Металлы расположены в периодической таблица Д.И. Менделеева ниже диагонали от Be к At в основном в I, II и III группах преимущественно левой и нижней части.

Металлы проявляют только восстановительные свойства, потому что им затруднительно принимать электроны. Металлы в природе встречаются самородными – благородные металлы (Au, Ag, Pt) в свободном виде, в виде оксидов и сульфидов (металлы средней активности (Fe2O3 × nH2O, Fe3O4, SnO2, Cr2O3, ZnS, PbS, HgS), в виде солей (активные металлы) – хлориды, сульфаты, нитраты, фосфаты, карбонаты и силикаты.

Из известных открытых элементов большинство (свыше 80) относятся к металлам, их атомы обладают, как правило большим радиусом, поэтому в отличие от атомов неметаллов легко отдают наружные электроны, то есть являются сильными восстановителями.

Металлы встречаются в природе как в свободном виде, так и в различных соединениях (см. схему № 1 «Нахождение металлов в природе»).

Основная масса биологически активных металлов расположено в средней части первого большого периода таблицы Менделеева и относятся к так называемым переходным элементам. Исключение составляют 4 металла (натрий, калий, магний, кальций), которые содержатся в организмах в довольно больших количествах.

Обычно к переходным относят те элементы, у которых в нейтральных свободных атомах d-и f-атомные орбитали заполнены электронами.

Переходные металлы содержатся в организмах в очень малых количествах, и уже из этого можно сделать осторожный вывод, что их значение (доказанное прямым опытом) должно быть связано с катализом.

Ведь именно активные катализаторы могут способствовать к быстрым изменениям состава вещества, действуя в малых концентрациях.

Переходные металлы могут еще выполнять (вместе с органическими соединениями) и другую функцию переносить с места на место группу атомов или целые молекулы, закреплять молекулы в определённом положении поворачивать их, поляризовать и т.д.

Понятие «жизненно-важный» включает только те катионы металлов, которые присутствуют во всех здоровых тканях человека и диапазон концентрации, которых практически постоянен в каждой из тканей; исключение таких катионов из организма приводит к физиологическим аномалиям.

«Человек должен жить в гармонии с окружающей природой», - замечательные и вечные слова. И в тоже время проблема гармонического воздействия технически высоко развитого общества с природой по-прежнему остается одной из важнейших. Окружающий нас мир – мир химических соединений. Воздух, вода, продукты, одежда….и мы с вами – это химические системы разных уровней.

Каждый химический элемент, находящийся в организме в оптимальном количестве, выполняет определенную жизненную функцию и обеспечивает биологическое развитие и жизнедеятельность организма (см. таблицу № 1 «Предельно-допустимые концентрации тяжелых металлов в продуктах питания»).

Изучение жизнедеятельности живых клеток, отдельных органов и организма в целом выявлено поразительную целесообразность его химического состава и исключительную согласованность протекающих в организме химических реакций.

Отклонение концентрации жизненно необходимыми химическими элементами и их соединениями в доступной для живого организма (как в большую, так и в малую сторону от естественного значения в среде обитания) недопустимо (см. таблицу № 2 «Зависимость здоровья человека от уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами»).

Тяжелые металлы (Cu, Ni, Co, Pb, Sn, Cd, Bi, Sb, Hg, Zn) относится к микроэлементам, то есть присутствуют в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процентов и ниже).

Содержание элементов, входящих в состав организмов, сильно варьирует в зависимости от среды обитания, способа питания, видовой принадлежности и т.п. (см. диаграмму «Содержание химических элементов в клетке»).

Тяжелые металлы цинк и медь входят во вторую категорию, которую образуют 18 жизненно необходимых микроэлементов. Содержание их в организме здорового человека составляет цинка – 1500 мг, меди – 125 мг.

Механизмы и скорость проникновения катионов тяжелых металлов через разные биологические барьеры и среды зависят от физико-химических свойств веществ, химического состава и условий внутренней среды организма.

В результате взаимопревращения между поступившими в организм металлами или их соединениями и веществами различной ткани и органов могут образоваться новые соединения металлов, обладающие иными свойствами и по-другому ведущие себя в организме.

При этом в разных органах в следствие особенностей обмена, состава и условий среды пути превращения исходных соединений металлов могут быть различными.

Остальные металлы способны избирательно накапливаться в определенных органах и длительно задерживаться в них.

Заключение.

Человек – часть биосферы, поэтому, как и во многих других живых организмах, в нем происходит накопление химических элементов и их соединений, например, в костных тканях преимущественно накапливаются соединений кальция, стронция, бария, урана, радия, свинца, бериллия, бора, фтора. В мышечных тканях накапливается соединения мышьяка, сурмы, кальция, висмута, цинка, таллия, селена, теллура, лития и золота; в печени – соединения лантана, цезия, прометия, тория, америция.

В организме человека происходят самые разнообразные химические процессы и все же главное, что нам следует понять, что мы не только неотъемлемая часть биосферы, но еще и ее разумная часть.

Человечество представляет собой коллективный разум и на нем лежит ответственность за сохранение и жизнь будущих поколений.

Каждый из нас заслуживает счастливости полноценной жизни. От каждого зависит какой она будет. Известный в медицине лозунг «Не навреди!» сейчас относится к каждому человеку, и в первую очередь к творцам техносферы, создающий новые проекты, материалы, технику, пищевые добавки и т.д.

Не навреди себе, не навреди природе, не навреди будущим поколениям!

Конечно, для этого нужны не только знания, но и экологическая компетентность каждого специалиста. Следует запомнить слова И. Гете «Нет ничего опаснее деятельности невежества».

Литература:

Биологическая роль ионов металлов жизнедеятельности растений, животных и человека на клеточном уровне. Эксузян К.Г. Биология. Все для учителя. № 9 (69), сентябрь, 2016. – с. 38

Биология. 9 класс. М.: Просвещение, 2019. В.И. Сивоглазов, А.А. Каменский, Е.К. Касперская, О.С. Габриелян. Биосфера – глобальная экосистем. Вернадский. Организм. Химический состав организма: химические элементы.

Влияние солей тяжелых металлов на рост и развитие живого организма. Г.Т. Аминева, профессиональное училище № 91, г. Нефтекамск, Башкортостан. Химия. Октябрь 2013.

Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, 6-е издание. М.: Просвещение, 2019. Металлы.

Из опыта работы. Металлы. Игра «Химический хоккей». 9 класс. С.В. Долинина, учитель химии Верхнетымской средней школ, с. Верхняя Тойма, Архангельская область. Химия № 21, 2010.

Латынова Г.Ф. Из опыта изучения темы Металлы. № 3, 2011

Металлы на страже здоровья. Е.Н. Данина, учитель многопрофильного университетского лицея, г. Димитровград, Ульяновская область. Химия, № 12, 2010.

Накопление и влияние меди, цинка, свинца и их соединения на организм человека. Определение тяжелых металлов в молочных продуктах. Т.А. Анисимова, учитель химии МБОУ Лицей № 28, г. Йошкар-Ола. Химия. Вся для учителя, № 3 (39) март 2014.

С.А. Лыгин, Т.В. Имаева, Р.И. Лыгина, социально-педагогическая академия, Бирск. Реализация практико-ориентированного проекта «Влияние солей тяжелых металлов на живой организм». – с. 62 - 66

 

Приложение

Схема № 1

Нахождение металлов в природе

 

В виде оксидов и сульфатов (металлы средней активности)

 

 

Fe2O3 ∙ nH2O

Fe3O4, SnO2

Cr2O3, ZnS

PbS, HgS

 

 

В виде солей (активные металлы)

 

 

Хлориды: NaCl, KCl, KCl ∙ NaCl, MgCl2, KCl ∙ MgCl2 ∙ 6H2O

Сульфаты: Na2SO4 ∙ 10H2O, CaSO4 ∙ 2H2O, MgSO4 ∙ 7H2O

Нитраты: NaNO3, KNO3

Фосфаты: Ca3(PO4)2

Карбонаты: CaCO3, CaCO3 ∙ MgCO3, FeCO3, Ca (HCO3)2, Fe (HCO3)2

Силикаты: Al2O3 ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O, K2O ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2

В свободном виде (благородные металлы)

 

 

Ag, Pt, Au

 

 

 

 

 

 

Таблица № 1

Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов в продуктах питания

 

 

 

Таблица № 2

Зависимость здоровья человека от уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами