Биологическая роль s-элементов IIa-группы

Бериллий

Бериллий постоянно находится в растениях, а также в организмах животных, т.е. он является примесным ультрамикроэлементом. Биологическая роль бериллия изучена недостаточно. Известно, что соединения бериллия токсичны и вызывают ряд заболеваний (бериллиевый рахит, бериллиоз и т.д.). Особенно токсичны летучие соединения бериллия. Как уже было рассмотрено выше, отрицательное влияние иона Ве²⁺ на физиологические процессы можно объяснить его химическими свойствами (способностью образовывать прочные связи с биолигандами и хорошей растворимостью фосфатов бериллия).

Магний

Магний формально относится к макроэлементам. Общее содержание его в организме 0,027 % (около 20 г). Топография магния в организме человека такова: в наибольшей степени магний концентрируется в дентине и эмали зубов, костной ткани. Накапливается он также в поджелудочной железе, скелетных мышцах, почках, мозге, печени и сердце. У взрослого человека суточная потребность в магнии составляет около 0,7 г. Ион магния, так же как и ион калия, является внутриклеточным катионом.

В биологических жидкостях и тканях организма магний находится как в виде акваиона, так и в связанном с белками состоянии в количестве <: 10~2 %, т. е. по сущности это микроэлемент.

Рис. Топография s-элемёнтов IIА-группы в организме человека

Концентрация ионов магния внутри клеток примерно в 2,5—3 раза выше, чем во внеклеточных жидкостях. Ионы магния играют важную биологическую роль в организме человека. Вследствие меньшего радиуса иона и большей энергии ионизации ион Мg²⁺ образует более прочные связи, чем ион кальция, и поэтому является более активным катализатором ферментативных процессов. Входя в состав различных ферментативных систем, ион магния является их незаменимым компо­нентом и активатором (такие ферменты, как карбоксипептидаза, холинэстераза и некоторые другие, являются специфическими для иона магния).

Гидролиз АТФ, сопряженный с рядом ферментативных реакций, в результате которых образуется гидрофосфат-ион НРО₄^2- и выделяется большое количество энергии, проходит при обязательном избытке ионов Мg²⁺.

Кальций

Кальций относится к макроэлементам. Общее содержание его в организме 1,4 %/ Кальций содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная масса кальция находится в костной и зубной тканях. В среднем взрослый человек в сутки должен потреблять 1 г кальция, хотя потребность в кальции составляет только 0,5 г. Это связано с тем, что кальций, вводимый с пищей, только на 50 % всасывается в кишечнике. Сравнительно плохое всасывание является следствием образования в желудочно-кишечном тракте труднорастворимых кальция фосфата Са₃(РO₄)₂ и кальциевых солей жирных кислот.

В организме концентрация ионов кальция регулируется гормонами.

В костях и зубах взрослого человека около 1 кг кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала — гидроксилапатита Са₁₀(РO₄)_б(ОН)₂, образование которого происходит при взаимодействии ионов кальция с фосфат-ионами.

В крови и лимфе кальций находится как в ионизированном, так и в неионизированном состоянии—в соединениях с белками, углеводами и др. Механизм свертывания крови состоит из ряда этапов, многие из которых зависят от наличия ионизированного Са²⁺. Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы.

Концентрации ионов кальция внутри и вне клетки соответственно составляют 10^-6 и (2,25—2,8) 10^-3 моль/л. Поскольку кальций практически не используется внутри клетки, он выступает в качестве строительного материала в организме, в костях, зубах. Скелет — основное хранилище кальция в организме.

Используют кальций хлорид при отравлении солями магния, а также оксалат- и фторид-ионами. Применение препарата в первом случае основано на взаимозамещаемости ионов кальция и магния в организме, а во втором случае—на,образовании нетоксичных малорастворимых соединений кальция оксалата и фторида.

Антацидным и адсорбирующим действием обладает кальций карбонат СаСОз. Его назначают внутрь при повышенной кис­лотности желудка, так как он нейтрализует соляную кислоту:

СаСОз (т) +2НС1 (жел.сок) = СаСl₂ (р) + Н₂O (ж) + СO₂ (г)

Кальций сульфат (жженый гипс) применяют для приготовления гипсовых повязок при переломах, а также в качестве слепочного материала при протезировании зубов.

Находит применение в медицине и радиоактивный изотоп Са. С помощью этого изотопа были изучены процессы всасывания и распределения кальция в организме, отложения его в костях и выведение при нормальной жизнедеятельности организма и различных патологиях.

Стронций

Стронций относится к примесным микроэлементам. Его содержание в организме 10~³ %. Концентрируется стронций главным образом в костях, частично замещая кальций. Важную роль играет стронций в процессах костеобразования (остеогенеза). При введении в организм радиоактивного изотопа установлено, что он в наибольшей степени накапливается в тех местах, где происходит интенсивный остеогенез. Определение содержания стронция в плазме и эритроцитах используют для диагностики и прогнозирования заболеваний лейкозом. Этот тест связан с тем, что при лейкозах содержание стронция в плаз­ме крови уменьшается, а в эритроцитах увеличивается.

Образующийся при ядерных взрывах радиоактивный изотоп вызывает лучевую болезнь. Он поражает костную ткань, в особенности костный мозг. Накопление изотопа стронция в атмосфере и организме человека способствует развитию лейкемии и рака костей. Применение кислоты — этилендиаминтетраацетата (ЭДТА) для удаления ионов Sr из организма приводит к дополнительному вымыванию кальция из костей. Поэтому в настоящее время в этих целях используют не кислоту, а ее комплекс Nа₂СаЭДТА.

Вместе с тем радиоактивные изотопы стронция применяют в лучевой терапии при лечении костных опухолей.

Барий

Барий также является примесным микроэлементом. Общее содержание его в организме составляет 1•10~⁵%. Концентрируется барий преимущественно в сетчатке глаза (см. рис. 6.3). Биологическая роль его пока не выяснена. Так как при лейкозах содержание бария в эритроцитах и плазме крови увеличивается, количественное определение бария может служить диагностическим тестом на заболевание лейкозом. Как уже отмечалось, ионы бария являются токсичными для организма.

Радий

Радий относится к примесным микроэлементам. Общее содержание его в организме 10~¹¹—10~¹² %. Максимально допустимое содержание радия в организме человека 10^-7 г. Концентрируется радий преимущественно .в костной ткани. Препараты радия раньше применялись для лечения злокачественных опухолей, однако в настоящее время они практически не используются. Их заменили более дешевыми изотопами.

Жизненно необходимыми элементами IIА-группы являются кальций и магний. Близость физико-химических свойств Са, 5г и Ва, обусловленная сходством электронного строения, проявляется и в биологическом действии этих ионов (взаимо-замещаемости). Вместе с тем различия в электронном строении s-элементов IIА-группы, проявляющиеся прежде всего в способности к комплексообразованию, обусловливают индивидуальность биологического действия их ионов, в частности токсичность бериллиевых и бариевых солей.

Рубидий и цезий

По содержанию в организме человека рубидий (10~5 %) и цезий (10~4 %) относятся к микроэлементам. Они постоянно содержатся в организме, но биологическая роль их еще не выяснена. Являясь полным аналогом калия, рубидий также накапливается во внутриклеточной жидкости и может в различных процессах замещать эквивалентное количество калия. Синергист калия — рубидий активирует многие те же самые ферменты, что и калий, пируватфосфокиназу, альдегиддегидрогеназу и др.

Радиоактивные изотопы Сs и Rb используют в радиотерапии злокачественных опухолей.

Поиск по сайту: