Фтор и йод как микроэлементы

Я знаю, люди состоят  из атомов,

  частиц, как радуги  из светящих-

  ся пылинок или  фразы из букв.

Стоит изменить порядок, и  наш 

  смысл меняется. 

"Химия  и жизнь" №  3 1985 г. 

В организме человека и животных с помощью  современных аналитических  методов исследования обнаружено около 70 химических элементов. Эти элементы в зависимости от их биологического значения условно разделены на группы:

а) незаменимые элементы, входящие в состав ферментов, гормонов, витаминов, - O, K, H, Ca, P, C, S, CI, Na, Mg, Zn, Fe, Cu, I, Mn, V, Mo, Co, Se;

б)постоянно определяемые в животных организмах элементы, значение которых изучено еще недостаточно, - Sr, Cd, F, Br, B, Si, Cr, Be, Li, Ni, Cs, Sn, Al, Ba, Rb, Ti, Ag, Ga, Ge, As, Hg, Pb, Ti, Bi, Sb, U, Th, Ra;

в) обнаруживаемые в организме животных и человека элементы, в отношении которых данные о количественном содержании в тканях, органах и биологической их роли отсутствуют, - Tl, Nb, La, Pr, Sm, Tb, W, Re, Au.

Человек и животные получают микроэлементы из продуктов питания, воды и атмосферного воздуха.

Микроэлементы являются экзогенными химическими факторами, играющими значительную роль в таких жизненно важных процессах, как рост, размножение, кроветворение, клеточное дыхание, обмен веществ и др. Микроэлементы образуют с белками организма специфические металлоорганические комплексные соединения, являющиеся регуляторами биохимических реакций. В случае аномального содержания или нарушенного содержания или нарушенного соотношения микроэлементов в окружающей среде в организме человека могут развиться нарушения с характерными клиническими симптомами, главным образом в связи с нарушением функций ферментов, в состав которых они входят или их активируют. В результате нарушения функционирования одной или нескольких ферментных систем, вызываемого тем или иным этиологическим фактором, блокируя нормальный ход соответствующих процессов обмена.

На  современном этапе актуальность проблемы микроэлементов возросла в связи с нарастающим загрязнением среды такими химическими элементами, как свинец, фтор, мышьяк, кадмий, ртуть, марганец, молибден, цинк и др. Токсические вещества в процессе технологической переработки с газообразными, жидкими и твердыми промышленными отходами попадают в атмосферный воздух, воду и почву, что способствует формированию в городах и промышленных комплексах искусственных биогеохимических провинций. В связи с этим нарастает содержание многих химических элементов в воздухе, почве, природных водах, организме животных и растениях, используемых населением в качестве продуктов питания.

ФТОР ( самый активный, самый электроотрицательный, самый реакционноспособный, самый агрессивный элемент, самый-самый неметалл. Самый, самый, самый...)

    Фтор и жизнь.

Казалось  бы, такое словосочетание не совсем правомерно. "Характер" у фтора весьма агрессивный: история его открытия напоминает детективный роман, где что не страница, то отравление или убийство. Сам фтор и его соединения неоднократно применялись для изготовления оружия массового уничтожения.

Работа  с фтором опасна: малейшая неосторожность - и у человека разрушаются зубы, обезображиваются ногти, повышается хрупкость костей, кровеносные сосуды теряют эластичность и становятся ломкими.

И все-таки заголовок " Фтор и жизнь" оправдан. Впервые это доказал ... слон. Обычный ископаемый слон, найденный в окрестностях Рима. В его зубах случайно был обнаружен фтор. Это открытие побудило ученых провести систематическое изучение химического состава зубов человека и животных. Оказалось, что в состав зубов входит до 0,02% фтора, который поступает в организм человека с питьевой водой. Обычно в тонне питьевой воды содержится 0,2 мг фтора. Обогащение фтором питьевой воды происходит в результате выветривания пород, содержащих фтор, а также за счет метеорных вод, вулканических и промышленных выбросов, а также обогащение может происходить из-за внесения в почву большого количества фторсодержащих удобрений и за счет выбросов промышленными предприятиями больших количеств фторсодержащих газообразных выбросов. В результате накопления фтора в почве повышается его содержание в питьевой воде и в растениях, что неблагоприятно сказывается на здоровье населения.

Биологическое предназначение фтора  тесно связано  с процессами костеобразования,  образования эмали  зубов, дентина. Потребление  его человеком  в необходимом  количестве важно для предотвращения возникновения остеопороза и кариеса зубов. Однако точные нормы суточной потребности во фторе до сегодняшнего дня, к сожалению, не установлены, равно как не разработаны доступные, адекватные оценочные методики достаточной обеспеченности организма этим микроэлементом.

  В суточном рационе содержится до 1,6 мг фтора. В ряде случаев широкое использование в питании продуктов моря, содержащих фтор, может резко повысить количество этого микроэлемента в организме. Как правило, с пищевыми продуктами в организм человека поступает в 4-6 раз меньше фтора, чем с питьевой водой( 1мг/л ).

При систематическом  использовании воды, содержащей избыточные количества фтора, у  населения развивается  эндемический флюороз. Отмечается характерное  поражение зубов (крапчатость эмали), нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Флюороз зубов проявляется в виде непрозрачных опалесцирующих меловидных полосок или пятнышек, которые со временем увеличиваются, появляется пигментация эмали темно-желтого или коричневого цвета, наступают необратимые ее изменения. В тяжелых случаях отмечаются генерализованный остеосклероз или диффузный остеопороз костного аппарата. Избыточные количества фтора снижают обмен фосфора и кальция в костной ткани, нарушают углеводный, белковый и другие обменные процессы, угнетают тканевое дыхание и пр. Фтор является нейротропным ядом( происходит снижение подвижности нервных процессов).

    Фтор в организме.

Фтор  постоянно входит в состав животных и растительных тканей; микроэлементов. В виде неорганических соединений содержится главным образом в костях животных и человека - 100-300 мг/кг; особенно много фтора в зубах. Кости морских животных богаче фтором по сравнению с костями наземных. Поступает в организм животных и человека преимущественно с питьевой водой, оптимальное содержание фтора в которой 1-1, 5 мг/л. При недостатке фтора у человека развивается кариес зубов, при повышенном поступлении - флюороз. Высокие концентрации ионов фтора опасны ввиду их способности к ингибированию ряда ферментативных реакций, а также к связыванию важных в биологическом отношении элементов (Р, Са, Мg и др. ), нарушающему их баланс в организме. Органические производные фтора обнаружены только в некоторых растениях (например, в южноафриканском Dicha petalum cymosum). Основные из них производные фторуксусной кислоты, токсичные как для других растений, так и для животных. Биологическая роль изучена недостаточно. Установлена связь обмена фтора с образованием костной ткани скелета и особенно зубов. Необходимость фтора для растений не доказана.

Если  избыток фосфора  вызывает эндемический флюороз, то дефицит  этого микроэлемента( меньше 0,5 мг/л ) в  сочетании с другими  факторами (нерациональное питание, неблагоприятные  условия труда  и быта) вызывает кариес зубов.

Клиническими  и экспериментальными исследованиями было показано, что оптимальные  количества данного  элемента в рационе  человека обладают как  раз противокариозным действием. Механизм противокариозного  действия фтора состоит  в том , что при  взаимодействии его с минеральными компонентами костной ткани и зубов образуются труднорастворимые соединения. Фтор также способствует осаждению из слюны фосфата кальция, что обусловливает процессы реминерализации при начинающимся кариозном процессе. В механизме противокариозного действия фтора определенную роль играет и то, что он воздействует на ферментативные системы зубных бляшек и бактерий слюны. Эта биологическая особенность фтора послужила основой для разработки эффективного метода профилактики кариеса зубов - фторирования питьевой воды. При длительном употреблении фторированной воды снижается не только пораженность кариесом зубов, но и уровень заболеваний, связанных с последствиями одонтогенных инфекций (ревматизм, сердечно-сосудистая па-тология, заболевания почек и др.)

ПДК фтора в питьевой воде, лимитируемые по санитарно-токсикологическому признаку вредности не должны превышать 0,7 - 1,5 мг/л.  

    ЙОД (его содержится всего 0,0001% в нашем организме, а сколь велика его роль в нашей жизни...)

Йод относится к микроэлементам, имеющим жизненно важное значение в организме человека. Такие микроэлементы называют биотическими (биотиками). Основное количество йода человек получает с суточным пищевым рационом: с растительной пищей примерно 70 мкг, с пищей животного происхождения 40 мкг, с питьевой водой и атмосферным воздухом 10 мкг.

    Биологическое значение йода связано с развитием эндемического зоба. В настоящее время большинство исследователей придерживается теории йодной недостаточности. Йод необходим для нормального функционирования щитовидной железы, что обеспечивается поступлением в организм примерно 150-200 мкг йода в сутки. Йодная недостаточность приводит к возникновению эндемического зоба. Заболевание проявляется в гипофункции и компенсаторном диффузном увеличении щитовидной железы. В эндемичных районах в зависимости от уровня заболеваемости эндемическим зобом в большей или меньшей степени распространены железодефицитные анемии, отклонения в физическом развитии детей, нарушения процессов окостенения костей и полового созревания, изменение иммунобиологической реактивности организма, снижение показателей умственной работоспособности и др. При наиболее выраженной форме заболевания развивается кретинизм - выраженное слабоумие, задержка роста (у детей), у взрослых развивается так называемый эндемический зоб.    Эндемический зоб широко распространен на всех континентах. Встречается преимущественно в горных районах (Швейцария, Австрия, Кавказ, Горный Алтай, Урал, Закарпатье и др.) Патогенное действие дефицита йода усугубляется в условиях недостаточности в организме Cu,Co и избытка - Mn. Несбалансированность питания (дефицит белков при избытке углеводов, недостаток витаминов при избытке жиров) ухудшает процессы метаболизма йода.

Эффективное снижение заболеваемости населения эндемическим зобом достигается  лишь при проведении комплексных оздоровительных мероприятий: йодная профилактика в сочетании с оптимизацией геохимического состава окружающей среды (обогащение почвы микроэлементами, предупреждение ее антропогенного загрязнения металлами и др. ) и улучшением социально-гигиенических условий труда и быта населения.

    Иод в организме                            

Иод – необходимый  для животных и  человека микроэлемент. В почвах и растениях таёжно-лесной нечерноземной, сухостепной, пустынной и горных биогеохимических зон. Иод содержится в недостаточном количестве или не сбалансирован с некоторыми другими микроэлементами (Са, Mn, Cu); с этим связано распространение в этих зонах эндемического зоба. Среднее содержание иода в почвах около 3*10 -4%, в растениях около 2*10-5%. В поверхностных питьевых водах иода мало (от 10-7 до 10-9%). В приморских областях количество иода в 1 м3 воздуха может достигать 50 мкг, в континентальных и горных – составляет 1 или даже 0,2 мкг. Поглощение иода растениями зависит от содержания в почвах его соединений и от вида растений. Некоторые организмы (так называемые концентраторы иода, например морские водоросли – фукус, ламинария, филлофора, накапливают до 1% иода, некоторые губки – до 8,5% (в скелетном веществе спонгине). Водоросли, концентрирующие иод, используются для его промышленного получения. В животный организм иод поступает с пищей, водой, воздухом. Основной источник иода – растительные продукты и корма. Всасывание иода происходит в передних отделах тонкого кишечника. В организме человека накапливается от 20 до 50 мг иода, в том числе в мышцах около 10 – 25 мг, в щитовидной железе в норме 6 – 15 мг. С помощью радиоактивного иода (I131 и I125) показано, что в щитовидной железе иод накапливается в митохондриях эпителиальных клеток и входит в состав образующихся в них алл - и моноиодтирозинов, которые конденсируются в гормон тетраиодтиронин (тироксин). Выделяется иод из организма преимущественно через почки (до 70 – 80% ), молочные, слюнные и потовые железы, частично с жёлчью. В различных биогеохимических провинциях содержание иода в суточном рационе колеблется (для человека от 20 до 240 мкг, для овцы от 20 до 400 мкг). Потребность животного в иода зависит от его физиологического состояния, времени года, температуры, адаптации организма к содержанию иода в среде. Суточная потребность в иоде человека и животных – около 3 мкг на 1 кг массы (возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении). Введение в организм иода повышает основной обмен, усиливает окислительные процессы, тонизирует мышцы. В связи с большим или меньшим недостатком иода в пище и воде применяют иодирование поваренной соли, содержащей обычно 10 – 25 г йодистого калия на 1 тонну соли. Применение удобрений, содержащих иод, может удвоить и утроить его содержание в сельскохозяйственных культурах. Кроме иодирования соли в последние годы стали широко применять иодирование других продуктов. Иод добавляют в некоторые хлебобулочные изделия, молоко, всё большее распространение получают так называемые БАДЫ «биологически активные добавки», содержащие иод, такие как Иод – актив, Иодомарин, Цыгапан, Кламин, и некоторые другие. Одним из самых известных препаратов для восполнения содержания иода в организме считается «Иод – актив». Мы обязаны появлению этого препарата Павлу Флоренскому. Как инженер он был жёстким и расчётливым реалистом. А вот к науке у него с детства была огромная страсть. Павлу Флоренскому было 10 лет, когда он впервые прочёл книгу Фарадея. И Майкл стал его кумиров на всю жизнь. У Флоренского никогда не было сомнений, кто открыл иод конечно Фарадей! Не случайно последним открытием Флоренского, стала формула уникального иодистого препарата, способного оберегать человека от тяжелых болезней. Открытие великого русского учёного имеет планетарное значение. Ведь проблема нехватке иода волнует граждан во всём мире.  Дефицитом иода страдают около 1,5 миллиардов человек. В том числе в России от недостатка иода страдает около 70% населения. Беда, точнее катастрофа, бушует на планете. Из – за постоянной нехватки иода люди порой не блещут умом, даже взрослые. Такие люди, отличаются взрывным характером, а потому часто терпят неудачи на работе и в личной жизни. Учёные Всемирной организации здравоохранения уже однозначно пришли к выводу, что коэффициент интеллекта IQ напрямую зависит от содержания иода в организме.  В нашем городе применение, таких добавок очень актуально так как,  в почве, и соответственно в продуктах очень маленькое содержание иода. Поэтому для сохранения здоровья и интеллектуального потенциала населения, недостаток иода нужно восполнять.