Общая характеристика р-элементов

Большинство известных на Земле соединений – это соединения р-элементов, пять из них (C, N, P, O, S) являются органогенными, то есть входят в состав любой клетки. Р-элементы находятся в главных подгруппах с III по VIII группы. Валентные электроны находятся на внешнем р-подуровне, общая электронная формула внешнего уровня отвечает составу ns²np^a, где а = 1 - 6. Р-элементы проявляют положительную степень окисления, равную номеру группы. В характере промежуточных степеней окисления проявляется «правило четности» - элементы нечетных групп проявляют нечетные степени окисления, а элементы четных групп – четные. Отрицательные степени окисления проявляются у элементов, начиная с 4 А подгруппы.

В периодах слева направо атомные радиусы р-элементов уменьшаются, величина энергии ионизации возрастает, что приводит к нарастанию неметаллических и окислительных свойств р-элементов. В подгруппах в направлении сверху вниз возрастают металлические свойства и устойчивость низших степеней окисления.

Селен, фтор, бром и йод являются микроэлементами и находятся в организме в виде ионов со степенью окисления – 2 для селена и -1 для галогенидов. Ион Cl^- является макроэлементом. Р-элементы в низшей положительной степени окисления проявляют токсическое действие, в то время как в высшей являются микроэлементами.

В пособии представлена краткая характеристика биологического действия важнейших Р-элементов.

Азот – основной компонент воздуха: его объемная доля составляет 78,2%. Простейшими соединениями азота являются аммиак и соли аммония, образующиеся в результате катаболизма, а также при разложении растений и животных организмов. Ионы аммония не могут проникать через клеточные мембраны, молекулы же аммиака легко преодолевают мембранные барьеры и быстро воздействуют на головной мозг, что и использовалось ранее в медицинской практике при обмороках. Аммиак - токсичный газ, способный поражать при вдыхании слизистые дыхательных путей, вызывать одышку и воспаление легких.

К кислородсодержащим соединениям азота относят оксид азота (I)N₂O, который используют в медицине для ингаляционного наркоза (в смеси с кислородом). При малых концентрациях N₂O вызывает состояние возбуждения (отсюда название «веселящий газ»), а при больших – общий наркоз. Оксид азота N₂О выделяется бактериями и под действием света окисляется до NO.

Оксид азота (II) NO может образовываться в атмосфере под действием грозовых разрядов по уравнению:

N₂ + O₂ ¾® 2NO

В конце 1980-х годов было установлено, что NO синтезируется эндотелиальными клетками с помощью фермента NO-синтазы из аминокислоты аргинина. Время жизни NO не превышает секунды, но нормальное функционирование кровеносных сосудов без его участия невозможно. Это соединение обеспечивает расслабление гладких мышц сосудов, регулирует работу сердца, иммунной системы, участвует в передаче нервных импульсов, сексуальном возбуждении. Предполагают, что NO играет важную роль в обучении и запоминании. В 1988 году за открытие свойств NO была присуждена Нобелевская премия (Фурчготт, Игнарро, Мурад).

Оксид азота (IV) NO₂ – сильный окислитель. Он образуется из оксида азота (ΙΙ) по уравнению 2NO + O₂ ¾® 2NO₂.

Оксид азота NO₂, выделяющийся в больших количествах при сгорании топлива на электростанциях, может являться причиной кислотных дождей. Кислотные дожди приводят к уменьшению рН озёр и гибели рыбы, влияют на структуру почв, что является причиной гибели сельскохозяйственных культур и деревьев.

При вдыхании оксидов азота в легких образуется азотная и азотистая кислоты, вызывающие раздражение, изъязвления легких, а при длительном вдыхании - опухоли. Реакции взаимодействия оксидов азота с водой приведены ниже

2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

N₂O₃ + H₂O → 2HNO₂

N₂O₄ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃

Нитриты (NO₂^-), использующиеся в качестве консервантов мясопродуктов,образуют азотистую кислоту HO-N=O, котораянитрозирует аминогруппы белков с образованиемнитрозоаминов по реакции:

R₂N-H + HO-N=O ® R₂N-N=O + H₂O.

Нитрозоамины придают мясным и колбасным изделиям розово-красный цвет. В высоких концентрациях нитрозоамины проявляют токсическое действие, могут стать причиной рака мочевого пузыря. Нитриты могут окислять катион Fe⁺² (гемоглобин) до катиона Fe⁺³ (метгемоглобин):

HbFe²⁺ + NO₂^- ® HbFe⁺³ + NO

В этом - одна из причин токсического действия нитритов.

Нитраты (NO₃^-), присутствующие в продуктах питания, попадая в организм, легко восстанавливаются до токсичных нитритов. Высокое содержание нитратов в воде может приводить к раку желудка (при пониженной кислотности), служить причиной детской смертности.В медицине соединения азота применяют в качестве наркотических (закись азота), мочегонных (хлорид аммония), антиангиальных (нитроглицерин), противоопухолиевых (эмбихин), радиозащитных (меркамин) средств. Метиламин, диметиламин, диэтиламин и др. алифатические амины используются в синтезе лекарственных препаратов..

Фосфор является органогеном, общая массовая доля этого макроэлемента в организме человека составляет 0.95%. Фосфор содержится в костной ткани, почках, мышцах, печени, крови, молоке, волосах, ногтях и зубах. Фосфаты в живых организмах служат структурными компонентами скелета. Остаток фосфорной кислоты входит в структуру фосфолипидов клеточных мембран, нуклеиновых кислот, сложных углеводов. Полифосфаты (три- и дифосфаты) участвуют в аккумуляции энергии в виде макроэргических связей (например, АТФ, креатинфосфат). В организме человека присутствует около 30 г АТФ, Энергия гидролиза АТФ является главной энергетической валютой, обеспечивающей круговорот энергии в клетке.

Фосфолипиды, формируют бислойную структуру биологических мембран. Фосфор в виде фосфолипидов преимущественно концентрируется в головном мозге (12%), в печени (5%), молоке (2-3%) и сыворотке крови (0.6%). Однако, основное количество фосфора – 600 г – содержится в косной ткани, что составляет 85% от массы всего фосфора, находящегося в организме человека. В твердых тканях зубов, фосфор находится в виде гидроксил-, хлор-, фторапатитов общей формулы Ca₅(PO₄)₃X, где Х = ОН, Cl, F соответственно. Основным минеральным компонентом костной ткани является гидроксифосфат кальция Ca₅(PO₄)₃OH, называемый гидроксиапатитом. Обмен фосфора в организме тесно связан с обменом кальция, но эта связь антагонична. При увеличении содержания кальция в крови наблюдается уменьшение содержания фосфатов, прежде всего неорганических.

Фосфор поступает в организм с пищевыми продуктами – молоком, мясом, рыбой, хлебом, овощами, яйцами и др. Суточная потребность в фосфоре 0,8-1,2 г, избыток фосфатов способствует потерям марганца и кальция, что приводит к остеопорозу.

В медицине множество соединений фосфора используется в виде лекарственных препаратов для лечения заболеваний сердца, печени, желудка. Фосфаты цинка используются в качестве пломбировочных материалов в стоматологии.

Кислород относится к органогенам. В организме взрослого человека массой 70 кг содержится примерно 43 кг кислорода. Вместе с водородом кислород образует молекулу воды, содержание которой в организме взрослого человека в среднем составляет около 55 – 65 %.

Кислород входит в состав белков, нуклеиновых кислот и других жизненно необходимых компонентов организма. Кислород необходим для дыхания. Экзотермическая реакция окисления биомолекул (жиров, белков, углеводов, аминокислот) служит источником энергии для организма. С участием кислорода (О₂) осуществляются фагоцитарные (защитные) функции организма, а также процессы дыхания. Основное количество кислорода поступает в организм через легкие, проникает в кровь и при участии гемоглобина доставляется во все органы и ткани. Кислород поступает в организм через легкие, проникает в кровь, связывается с гемоглобином и образует легко диссоциирующее соединение – оксигемоглобин, а затем из крови поступает во все органы и ткани. Практически весь кислород метаболизируется до углекислого газа и воды и выводится из организма через легкие и почки.

Молекулярный кислород (О₂) обычно не вступает в прямые неферментативные химические реакции с органическими соединениями. Реакция с участием О₂ в живой клетке чаще всего происходит в активном центре ферментов оксидаз или оксигеназ. В ходе этих реакций образуются промежуточные продукты восстановления О₂, которые в реакционном центре ферментов подвергаются превращениям до углекислого газа и воды. С участием ряда ферментов (ксантиноксидазы), гемоглобина в организме генерируются промежуточные продукты восстановления кислорода, так называемые активные формы кислорода (АФК), обладающие высокой реакционной способностью.

К ним относят супероксидные анион-радикалы (О^•₂), пероксид водорода (Н₂О₂), гидроксильные радикалы (ОН^•), а также молекулы кислорода в синглентном состоянии (О₂^*). (Основное состояние молекул кислорода – триплетное, для которого характерно нахождение двух неспаренных электронов с одинаковым спином на различных π^* орбиталях). Образование АФК протекает по схеме:

1. одноэлектронное восстановление О₂, приводит к образованию супероксидного анион-радикала (О₂^•), который является родоначальником других АФК:

О₂ + е → О₂ ^•

Указанная реакция протекает, в частности, при окислении гемоглобина, при этом к кислороду переносится электрон, освободившийся в реакции

Fe²⁺ - e → Fe³⁺

2. супероксид анион-радикал, вступает в реакцию дисмутации, регулируемую ферментом супероксиддисмутазой (СОД), в результате образуется пероксид водорода (Н₂О₂ ):

О₂ ^•+ О₂ ^• + 2 Н⁺ → Н₂О₂ + О₂

3. Образование гидроксильного радикала (ОН^•) происходит при взаимодействии пероксида водорода с супероксидным анион-радикалом или ионами металлов переменной валентности :

Н₂О₂ + О₂^• → НО^• + ОН^─ + О₂

Н₂О₂ + Fe⁺² → НО^• + ОН^─ + Fe⁺³ (реакция Фентона)

Реакция Фентона отражает токсическое действие пероксида водорода на гемоглобин, поскольку происходит окисление катиона Fe⁺² до катиона Fe⁺³, усугубляемое образованием гидроксильного радикала;

4. Синглентный кислород (О₂^*) образуется при возбуждении молекулы кислорода в триплетном состоянии под действием кванта света (hυ). В результате происходит электронная перестройка молекулы, при которой электроны с противоположно направленными спинами располагаются на одной или на разных π^* орбиталях:

hυ

О₂ → О₂ ^*

Также возможно образование О₂^* по реакции между суперокид-анион радикалом и гидроксильным радикалом:

О₂ ^• + НО^• → О₂^* + ОН^─

АФК играют важную роль в жизнедеятельности организма. Например, супероксид аниона-радикал участвует в активации фагоцитирующих клеток (нейтрофилов, макрофагов, моноцитов, эозинофилов), необходимых для уничтожения инородных микроорганизмов, опухолевых клеток. АФК участвуют в процессах апоптоза (самопроизвольной гибели клеток, органов или организма в целом).

Процессы образования АФК в норме протекают в организме и регулируются ферментами антиоксидантной защиты (супероксиддисмутазой, каталазой, глутатионпероксидазой, глутатионтрансферазой).

_{каталаза}

2 H₂O₂ Н₂О + О₂

_{супероксиддисмутаза}

О₂·^_ + О₂·^_ + 2Н⁺ H₂O₂ + О₂

_{глутатионпеоксидаза}

R-SH + H₂O₂ 2 Н₂О + R-S-S-R

R-S-S-R + 2Н⁺ +2е 2 R-SH

Избыточное количество АФК ведет к развитию ряда патологических состояний, в основе которых лежат окислительные превращения липидов биологических мембран, повреждения структуры нуклеиновых кислот, белков и их надмолекулярных комплексов. Эти превращения, условно в общем виде представляются схемой:

RH + OH^∙ → R^∙ + H₂O

R^∙ + O₂ → RO₂^∙

RH + RO₂ ^∙ → ROOH + R^∙

Усиление свободнорадикальных процессов окисления приводит к нарушению целостности биологических мембран и гибели клеток, вызывает изменения в структуре белков, снижение активности ферментов, является причиной мутаций.

В медицине для лечения гипоксических состояний, сердечно-сосудистых заболеваний, отравлений цианидами и угарным газом применяют молекулярный кислород. Дозированное воздействие кислорода осуществляют при повышенном давлении (гипербарическая оксигенация), в результате чего улучшается гемодинамика и кислородное обеспечение тканей. При сердечно-сосудистых заболеваниях для улучшения обменных процессов используют кислородную пену (кислородный коктейль). Подкожное введение кислорода (озона) показано при трофических язвах, гангрене. Озонирование питьевой воды используется для ее очистки и обеззараживания.

Углерод - важнейший органоген. Общее содержание углерода около 21 % (15 кг на 70 кг общей массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Физиологическая роль углерода определяется тем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие во всех биохимических процессах в организме. Окисление биомолекул под действием кислорода приводит к образованию воды и углекислого газа (СО₂), который является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения.

В свободном виде углерод не токсичен, но многие его соединения обладают значительной токсичностью: СО (угарный газ), четыреххлористый углерод ССI₄, сероуглерод CS₂ , соли цианистой кислоты HCN, бензол С₆Н_6, фосген СОСI₂, и ряд других. Углекислый газ в концентрации свыше 10% вызывает ацидоз (снижение рН крови), одышку и паралич дыхательного центра. В фармации и медицине широко используются различные соединения углерода – производные угольной кислоты и карбоновых кислот, полимеры и др. Карболен (активированный уголь) применяется для адсорбции газов и выведения из организма различных токсинов, графит в виде мазей используется для лечения кожных заболеваний. В медико – биологических исследованиях используются продукты, меченные ¹⁴С.

Сера относится к макроэлементам, органогенам. Сера участвует в образовании соединений в степени окисления –2. В виде сульгидрильных — SH - групп или дисульфидных связей — S — S— сера входит в состав белков, аминокислот (цистеин, цистин, метионин), гормонов (инсулин), ферментов (кофермент А), витаминов (В₁), керотина (волосы, кости, нервная ткань). Третичная структура белка содержит дисульфидные мостики между цистииновыми остатками аминокислот. Обратимый переход тиоловых групп в дисульфидные связи защищает организм от радиационных поражений и действия сильных окислителей:

[H]

R₁— S— S—R₂ R₁— SH + R₂— SH

[O]

Cерусодержащие ферменты Е—SH необратимо отравляются ионами тяжелых металлов (ртуть, свинец, кадмий), при этом образуются прочные хелатные соединения металлов и блокируются сульфгидрильные группы.

R-S – H R-S – H S-R₁

+ Pb²⁺ → Pb²⁺

R₁-S - H R₁-S H- S-R

В результате фермент теряет активность и нарушается протекание биохимических реакций. В процессе метаболизма соединений серы образуется эндогенная серная кислота, которая участвует в обезвреживании ядовитых соединений (фенола, индола), вырабатываемых в кишечнике микроорганизмами. Серная кислота связывает многие ксенобиотики в относительно безвредные вещества (коньюгаты), выводимые с мочой.

Токсичными соединениями серы являются H₂S сероводород, SО₂ сернистый газ. H₂S сероводород содержится в сернистых минеральных водах, которые в виде ванн используются для лечения ряда заболеваний. Это бесцветный газ с неприятным запахом. Образуется при гниении растительных и животных остатков под действием микроорганизмов.

SО₂ - сернистый газ, имеет удушливый запах. Ядовит. Действует как раздражитель слизистой оболочки дыхательных путей. Примерно одна треть оксида серы (IV) поступает в атмосферу за счёт микробиологического окисления органических веществ, его источником являются действующие вулканы. Около 70% SO₂ образуется в результате сжигания нефтепродуктов и сернистых руд. Под действием солнечного света и катализаторов (V₂O₅) оксид серы SО₂ превращается в SO₃:

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

Hастворяясь в атмосферной влаге SO₃ образует серную кислоту, которая образует кислотные дожди, приводящие к гибели лесов, закислению почвы.

SO_{3 (г)} + Н₂О _(ж) → Н₂SO_{4 (водн)}

Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ применяют в медицинской практике как противотоксическое, противовоспалительное средство при отравлениях соединениями ртути, свинца, солями синильной кислоты. Тиосульфат натрия и осажденная сера применяются при лечении чесотки.

Сульфаты многих металлов применяют в качестве лекарственных средств: Na₂SO₄´10H₂O – как слабительноe, MgSO₄´7H₂O – как слабительное и желчегонное средство, CuSO₄´5H₂O и ZnSO₄´7H₂O как антисептические, вяжущие, рвотные средства. ВаSO₄ используют в качестве контрастного вещества при рентгенологическом исследовании пищевода и желудка. Сера осажденная используется при лечении чесотки.

В организм сера поступает с пищей. Наиболее богаты соединениями серы яйца, мясо, творог, гречневая крупа, отруби, хлеб грубого помола.

Хлор в организме человека содержится в количестве 100 г (0,15%) преимущественно в виде хлорид-иона. Хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионами натрия и калия в создании определенного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена. Суточная потребность в хлориде натрия составляет 1 г NaCl необходим для выработки хлороводородной (соляной кисло­ты) в желудке, играющей важную роль в процессе пищеварения, уничтожающей различные болезнетворные бактерии (холеры, тифа).

Жизненно необходимые хлорид - ионы не обладают токсическим действием, в то время как элементный хлор — высокотоксичный газ.

В последние годы установлено образование в организме ряда активных форм галогенов (АФГ) – галоген-содержащих соединений, обладающих повышенной реакционной способностью и образующихся в живом организме или поступающих в него в результате контакта человека с окружающей средой.

Активные формы галогенов (АФГ) – это галоген-содержащие соединения, обладающие повышенной реакционной способностью и образующиеся в живом организме или поступающие в него в результате контакта человека с окружающей средой. Различают экзогенные (привнесенные) и эндогенные (образующиеся в организме) АФГ. К экзогенным источникам активных форм галогенов относят пестициды, фармпрепараты, анестетики, сточные воды, выхлопные газы автомобилей и самолетов, промышленные яды. Активные формы галогенов образуются в организме с участием ферментов пероксидаз, в частности миелопероксидазы, а также Н₂О₂-редуктазы преимущественно в нейтрофилах. Из хлорид и бромид-ионов образуются хлорноватистая НОCl и бромноватистая НОВr кислоты (первичные АФГ), которые могут стать источниками образования активного хлора и брома, а также продуктов галогенирования важнейших биомолекул: аминокислот, липидов, нуклеиновых кислот, холестерина (вторичные АФГ) (см. схему).

Cl₂ + H₂O → H⁺ + Сlˉ + HOCl

Активные формы галогенов в небольших количествах необходимы для уничтожения и обезвреживании микроорганизмов, при их избыточном уровне они могут служить источниками активных свободных радикалов, оказывающих повреждающее действие на структуры организма.

В случаях, когда появление или образование АФГ превосходит способность организма удалять или нейтрализовывать эти соединения могут развиваться многочисленные патологии, включая атеросклероз, инфаркты, инсульты, васкулиты, болезнь Альцгеймера, респираторная, почечная дисфункция, ревматоидный артрит, сепсис и др.

Селен является микроэлементом, в основном концентрируется в печени и почках. Концентрация селена в крови составляет 0,001 — 0,004 ммоль/л.

В живых организмах несомненна связь селена с серой. При больших дозах селен в первую очередь накапливается в ногтях и волосах, основу которых составляют серосодержащие аминокислоты. Очевидно, селен как аналог серы замещает ее в различных соединениях:

R— S— S— R ¾® R— Se—Se— R

Установлено, что недостаток селена ведет к уменьшению концентрации фермента глутатионпероксидазы, что, в свою очередь, приводит к окислению липидов и серосодержащих аминокислот.

Проведенные в последние годы исследования показали, что селен в комплексе с какой-либо кислотой входит в состав активных центров нескольких ферментов: формиатдегидрогеназы, глутатионредуктазы и глутатионпероксидазы, глутатионтрансферазы. В частности, в активном центре глутатионпероксидазы содержится остаток необычной аминокислоты селеноцистеина: НOОC-CH(NH₂)-CH₂-Se-H. Этот фермент вместе с белком глутатионом защищает клетки от разрушающего действия органических пероксидов ROOH и водородпероксида H₂O₂. Возможно, что водородселенидная группа — SeH селеноцистеина обладает какими-то преимуществами по сравнению с водородсульфидной группой -SH в механизме действия этого и других селенсодержащих ферментов.

Хорошо известна способность селена предохранять организм от отравления солями ртути Hg и кадмия Cd. Оказалось, что селен способствует связыванию солей этих токсичных металлов с активными центрами других ферментов, на которые их токсическое действие не влияет.

Показано, что селен стимулирует образование антитьел и тем самым повышает защиту организма к инфекционным и простудным заболеваниям. Участвует в выработке эритроцитов, способствует поддержанию сексуальной активности. В мужском организме практически 50% селена сосредоточено в семенных канальцах яичек, селен теряется с эякулятом. Поэтому потребность мужчин в селене выше, чем для женщин. Активность селена повышается в присутствии витамина Е. Установлен факт взаимосвязи между высоким содержанием селена в рационе и низкой смертностью от рака.

В больших дозах селен токсичен. Распад соединений селена в организме животных приводит к выделению высокотоксичного диметилселена CH₃—Se—CH₃, имеющего чесночный запах. Установлен механизм этой реакции. При взаимодействии селенистой кислоты H₂SeO₃ с глутатионом образуются соединения, содержащие группу —S—Se—S—

H₂SeO₃+ 4GSH ¾® GSSeSG + GSSG + 3H₂O

восстановленный окисленный

глутатион глутатион

Под действием ферментов соединения, содержащие группу

—S—Se—S—, восстанавливаются до диводородселенида H₂Se, который метилируется с образованием токсичного диметилселена.

В рационе питания большинства индустриально развитых стран отмечается дефицит микроэлемента. Потребность взрослого человека составляет 150-200 мкг/сутки. Содержится в мясе, печени, почках, морских рыбах, дрожжах, хлебе, топинамбуре. Однако зачастую требуются дополнительные источники селена, которыми являются витаминно-минеральные комплекы и другие биологически активные добавки к пище.

В медицине широко применяются соединения селена (селенит натрия, селен-метионин, селен-цистеин и др.) для лечения и профилактики многих заболеваний, поскольку селен является природным антиоксидантом. В дерматологии и косметологии используют селеносодержащие шампуни, крема, мыла и гели. Изотоп ¹⁵Se в составе селената и селенита натрия используется в медицинских исследованиях.

Йод относится к числу незаменимых биогенных микроэлементов. В организме человека содержится около 25 мг (4·10^-5%) йода, большая его половина находится в щитовидной железе в структуре гормонов (трийодтиронина, тироксина). В виде иодид-иона I^- находится около 1 % присутствующего в организме йода.

Основным источником йода для организма человека являются морепродукты, а также применяемые в пищевой промышленности йодофоры и йодированная соль. Количество йода во фруктах и овощах зависит от состава почвы, а также от вида обработки продуктов. Щитовидная железа способна концентри­ровать йод, содержание в ней элемента в 25 выше, чем в плазме крови. Щитовидная железа секретирует гормоны тироксин и трийодтиронин. Имеются данные, что йод влияет на синтез некоторых белков жиров, гормонов.

Пониженная активность щитовидной железы (гипотиреоз) может быть связана с уменьшением ее способности накапливать иодид-ионы, а также с недостатком в пище иода (эндемический зоб). При эндемическом зобе назначают препараты иода: калий иодид KI или натрий иодид NaI в дозах, соответствующих суточной потребности человека в иоде (0,00l г калия иодида). В районах, где отмечается дефицит иода, для профилактики эндемического зоба к поваренной соли добавляют NaI или KI (I,0 — 2,5) г/ кг соли).

При повышенной активности щитовидной железы (гипертиреоз) вследствие избыточного синтеза тиреоидных гормонов наблюдается увеличение скорости метаболических процессов.

NaI и KI используют при воспалительных заболеваниях дыхательных путей. Препараты йода применяют наружно как антисептики (например, йодоформ), в качестве раздражающих и отвлекающих средства при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек. К препаратам, содержащим йод относят: 5% спиртовый раствор йода, микстура противоастматическая, йодиды калия и натрия, кальцийодин, таблетки антиструмина и йодактива.

Фтор является микроэлементом. Соединения фтора концентрируются в костной ткани, ногтях, зубах. В состав зубов входит около 0,01 % фтора, причем большая часть приходится на эмаль, что связано с при­сутствием в ней труднорастворимого фторапатита Са₃(PO₄) ₃F. Недостаток фтора в организме приводит к криесу зубов. Минеральную основу зубных тканей - дентина составляют гидроксилапатит Ca₅(PO₄)з(ОН), хлорапатит Ca₅ (PO₄)зС1 и фторапатит Ca₅ (PO₄)₃F. Фторид-ион легко замещает гидроксид-ион в гидроксилапатите, образуя защитный эмалевый слой более твердого фторапатита:

Ca₁₀(PO₄)₆ (ОН)₂ + F ^‾¾® Ca₁₀(P0₄)F₂ + 2 OH‾

Кроме того, фторид-ионы способствуют осаждению кальция фосфата, ускоряя процесс реминерализации (обра­зования кристаллов):

1O Ca²⁺ + 6PO₄^‾3 + 2F^‾ ¾® 3Ca₃ (PO₄) ₂ + CaF₂

Кариес зубов представляет собой процесс растворения гидроксилапатитной компоненты эмали под действием кис­лот, вырабатываемых бактериями:

Ca₅ (PO₄) ₃ОН + 7H⁺ ¾® 5Ca²⁺ + 3H₂PO₄ ^- + H₂O

Имеются предположения, что при незначительном повреждении эмали введение натрия фторида способствует образованию фторапатита, облегчающего реминерализацию начавшегося повреждения. Фторирование воды натрия фторидом (до содержания фторид ионов 1 мг/л) приводит к значительному снижению заболеваемости населения кариесом зубов.

Фторид натрия употребляют в медицинской практике в качестве местно действующего наружного средства. Применение NaF основано на образовании фторапатита:

NaF + Сa₁₀(PO₄)₆ (OH)₂ ¾® NaOH + Ca₁₀(PO₄)₆F₂

паста зубная ткань

При этом одновременно происходит подщелачивание среды ротовой полости и нейтрализации кислот, вырабатываемых бактериями.

Соединения фтора поступают в организм с пищей и водой. Много фтора в рисе, говядине, яйцах, молоке, луке, шпинате, яблоках.

Вреден не только недостаток, но и избыток фтора. При содержании фтора в питьевой воде выше предельно допустимой нормы (1,2 мг/л) зубная эмаль становится хрупкой, легко разрушается и появляются другие симптомы хронического отравления фтором — повышение хрупкости костей, костные деформации и общее истощение организма. Возникающее в этом случае забо­левание называется флуорозом (фторозом).

Бром - микроэлемент. Масса брома в организме человека составляет около 7 мг (~10^-5 %). Биологическая роль соединений брома недостаточно выяснена. Он локализуется в железах внутренней секреции, в первую очередь в гипофизе, почках, щитовидной железе, межклеточной жидкости. Повышенное содержание бромид анионов способствует выведению почками хлорид анионов. Имеются данные, что соединения брома угнетают функцию щитовидной железы и усиливают активность коры надпочечников. Наиболее чувствительной к введению в организм бромид-ионов является ЦНС. Бромиды накапливаются в различных отделах мозга, усиливая тормозные процессы в нейронах коры, поэтому препараты брома (бромиды калия, натрия, бромкамфора) применяются как успокаивающие средства при повышенной возбудимости, способствуют восстановлению нарушенного равновесия между процессами возбуждения и торможения

По ионному радиусу, электроотрицательности и другим физико-химическим характеристикам бром занимает промежуточное положение между хлором и иодом. Поэтому бромид ионы могут замещать ионы С1^- и I^- в организме. Примером такого взаимозамещения является замещение иода бромом при избытке брома в организме в гормонах щитовидной железы, что приводит к гипертиреоидизму.

В связи с различной индивидуальной чувствительностью дозировка препаратов брома меняется в пределах от 0,05 до 2,0 г. В организм бром поступает с зерновыми, орехами и рыбой.

Бор. Давно известно, что микроэлемент бор необходим высшим растениям, однако данные о его биологической роли появились относительно недавно – с 1985 г. Установлено, что бор участвует в углеродно-фосфатном обмене, взаимодействует с рядом биологически активных соединений (углеводами, ферментами, витаминами, гормонами). Установлено, что бор – партнер кремния, кальция, марганца, магния, участвующих в процессах кальцификации, формирования костной ткани и предотвращения остеопороза. В механизме его влияния на кальциевый обмен у женщин в постменопаузе важную роль играет повышение уровня активных эстрогенов. Бор участвует в активации и эстрогенов и витамина D. Под влиянием бора уменьшается выделение кальция с мочой и повышение уровня 17-β-эстрадиола. Препараты бора предотвращают потерю кальция с мочой, что немаловажно при остеопорозе и переломах. Бор вместе с цинком участвует в мобилизации жирных кислот из жировых клеток. Препараты бора ослабляют боль в суставах и улучшают самочувствие. Наиболее эффективны и безопасны органические производные микроэлемента, например, глицеринат бора. Неорганические производные – борная кислота и бура могут оказывать токсическое действие. Буру — кристаллогидрат натрия тетрабората Na₂B₄O₇·10Н₂О широко применяют как антисептик. Фармакологическое действие препарата обусловлено гидролизом соли с выделением борной кислоты:

Na₂B₄O₇ + 7Н₂О ¾® 4Н₃ВО₃ + 2NaOH

Образующиеся щелочь и кислота вызывают свертывание (денатурацию) белков микробных клеток.

В зубопротезировании борную кислоту Н₃ВО₃ используют в качестве наполнителя формы при отливке зубных протезов. В состав стоматологических паст, применяемых как клей-прослойка для зубных протезов, входит натрий метаборат NaB0₂ в смеси с алюминием гидроксидом А1(ОН)₃.

Суточная потребность в боре ориентировочно составляет 2-7 мг. Источниками бора являются фрукты, овощи, орехи, вина.

Употребление пищевых продуктов с большим содержанием бора нарушает в организме обмен углеводов и белков, что приводит к возникновению эндемических кишечных заболеваний — энтеритов.

Алюминий является иммунототоксичным микроэлементом. В организм человека содержится 10^-5% алюминия и ежесуточно поступает от 5 до 50 мг. Источником поступления алюминия является пища и питьевая вода. С возрастом содержание этого элемента в легких и головном мозге увеличивается. Алюминий участвует в образовании фосфатных и белковых комплексов, процессах регенерации костной, соединительной и эпителиальной ткани, оказывает тормозящее или активирующее действие (в зависимости от концентрации) на пищеварительные ферменты, влияет на функцию околощитовидных желез.

В медицине используются адсорбирующие, обволакивающие, антацидные, защитные и обезболивающие свойства препаратов, содержащих алюминий. Силикат алюминия (белая глина, каолин) и жженые квасцы KAI(SO₄)₃·7H₂O применяют наружно в виде присыпок, мазей и паст при лечении кожных заболеваний. AI(OH)₃ используют как антацидное средство при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гастритах и отравлениях. AI(OH)₃ вместе с MgO входит в состав препарата «Альмагель»применяемого в качестве обволакивающего и антацидного средства при заболеваниях желудка. Фосфат алюминия обладает противоязвенным, адсорбирующим действием, снижает кислотность желудочного сока.

Мышьяк - иммунотоксичный микроэлемент, содержится в организме человека в количестве (10^-6 %) . Мышьяк накапливается в костях и волосах и в течение нескольких лет не выводится из них полностью. Эта особенность используется в судебной экспертизе для выяснения вопроса, имело ли место отравление соединениями мышьяка.

В организм человека соединения мышьяка поступают с питьевой и минеральной водой, виноградными винами и соками, морепродуктами, медицинскими препаратами, пестицидами и гербицидами. Мышьяк может поступать в организм в повышенных количествах с атмосферным воздухом, т.к. концентрация его в воздухе повышается при сжигании угля в котельных и ТЭЦ, около медеплавильных комбинатов. В питьевой воде в некоторых регионах мира (Индия, Бангладеш, Тайвань, Мексика), содержание мышьяка повышено (1мг/л), что является причиной массовых хронических отравлений мышьяком и вызывает так называемую болезнь «черной стопы». Соединения мышьяка (V) и в особенности мышьяка (III) очень токсичны. Механизм токсического действия объясняется способностью мышьяка блокировать сульфгидрильные SH - группы ферментов, белков, аминокислот (цистеин, глутатион, липоевая кислота).

Кроме того, мышьяк может замещать йод, селен и фосфор, нарушая биохимические процессы метаболизма в организме, As является антиметаболитом этих элементов. Смертельная доза для человека составляет приблизительно 0,1—0,3 г мышьяка.