Химические элементы в организме человека

Цианистый калий (цианид калия) KCN – соль синильной кислоты HCN. Оба соединения являются быстродействующими и сильными ядами. Ядовитые свойства синильной кислоты начали использовать задолго до того, как она была идентифицирована и выделена в чистом виде. Отметим, что в небольших  количествах синильная кислота  часто встречается в растительном мире. Наиболее известен в этом отношении  горький миндаль. В семенах миндаля  содержится органическое соединение амигдалин, который расщепляется на виноградный сахар, бензальдегид (масло горького миндаля) и синильную кислоту. Расщепление протекает под действием имеющегося в горьком миндале энзима – эмульсина. Этот процесс протекает самопроизвольно без вмешательства человека. Таким образом, в семенах миндаля, персика, абрикоса, вишни и других растений в небольших количествах всегда имеется синильная кислота. Современные клинические наблюдения показали, что отравление со смертельным исходом наступает после употребления около 100 очищенных ядер абрикосов. Древнегреческие жрецы умели извлекать синильную кислоту из листьев персика. Возможно, теперь Вам станут понятными такие выражения, как «наказание персиком», «не преступай – иначе умрешь от персика». Для человека смертельная доза синильной кислоты составляет всего лишь 50 мг. 

При остром отравлении синильной кислотой и ее солями теряется сознание, наступает паралич дыхания  и сердца. На начальной стадии отравления человек испытывает головокружение, ощущение давления во лбу, острую головную боль, учащенное дыхание, сердцебиение. Первая помощь при отравлении синильной  кислотой и ее солями – свежий воздух, кислородное дыхание, тепло. Противоядиями  являются нитрит натрия NaNO2 и органические нитросоединения: амилнитрит C5H11ONO и пропилнитрит C3H7ONO. Считают, что действие нитрита натрия сводится к превращению гемоглобина в мета-гемоглобин. Последний прочно связывает цианидные ионы в цианметагемоглобин. Этим путем дыхательные ферменты освобождаются от цианидных ионов, что и приводит к восстановлению дыхательной функции клеток и тканей. 

В качестве противоядий  на синильную кислоту широко используют серосодержащие соединения: коллоидную серу, тиосульфат натрия Na2S2O3, тетратионат натрия Na2S4O6, а также серосодержащие органические соединения, в частности, аминокислоты – глутатион, цистеин, цистин. Синильная кислота и ее соли при взаимодействии с серой превращаются в тиоцианаты в соответствии с уравнением 

HCN + S → HNCS 

Тиоцианаты же совершенно безвредны для человеческого организма. 

С давних пор при  опасности отравления цианидами  рекомендовалось держать за щекой  кусочек сахара. В 1915 г. немецкие химики Рупп и Гольце показали, что глюкоза взаимодействует с синильной кислотой и некоторыми цианидами с образованием нетоксичного соединения циангидрина глюкозы: 

Formula p.175 

Считают, что это  обстоятельство было причиной неудачной  попытки отравить Распутина в 1916 г. в доме Юсупова добавлением  цианида калия в сладкие пирожные, к которым он питал слабость. 

Свинец и его  соединения являются довольно сильными ядами. Подумать страшно, что еще  в начале текущего столетия водопроводные  трубы в городах изготавливали  из свинца. Затем их постепенно заменяли железными. В Санкт-Петербурге замена свинцовых труб в старых домах  была завершена лишь в 50-х годах  текущего столетия. 

В организме человека свинец накапливается в костях, печени и почках. Ученые считают, что свинец является синергистом (от греч. synergos – вместе действующий) и способствует увеличению токсичности других металлов. Симптомами свинцового отравления служит серная кайма на деснах («свинцовая кайма»), бледность лица и губ, запоры, потеря аппетита. При остром отравлении появляются сильные боли в области живота («свинцовые колики»), параличи или боли в суставах, судороги, обмороки. 

Весьма токсичны соединения химического элемента таллия, который относят к числу редких. Этот элемент является кумулятивным ядом. Под кумуляцией в медицине понимают накопление в организме веществ и вследствие этого усиление их действия. Токсичность соединений таллия принимают в четыре раза выше токсичности соединений мышьяка (III). Соединения таллия воздействуют на центральную нервную систему, на органы пищеварения и почки. Характерным признаком отравления таллием является выпадение волос. Первая помощь при отравлении – промывание желудка водой с активированным углем и 0,3%-ным раствором тиосульфата натрия Na2S2O3. В медицине на основе соединений таллия готовят препараты для удаления волосяного покрова. 

Уместно опять же отметить, что опасные для здоровья человека химические элементы – ртуть, таллий и свинец – расположены  в периодической системе рядом. 

Следует указать, что  все цветные и особенно тяжелые (расположенные в конце периодической  системы) металлы в количествах  выше допустимых ядовиты. На них существуют нормы предельно допустимых концентраций (ПДК). Здесь нет возможности остановиться на вредном воздействии всех этих элементов и симптомах отравления. Интересующиеся данными вопросами могут обратиться к специальной литературе. Автор же описал наиболее опасные и наиболее известные в этом отношении химические элементы и их соединения. Следует отметить лишь еще одно важное обстоятельство. Ученые установили, что токсичность солей металлов в мягкой воде, как правило, гораздо выше, чем в жесткой. Для тех, кто вынужден пользоваться для приготовления пищи жесткой водой, появляется хоть какое-то утешение. 

Углекислый газ  в больших количествах содержится в организме человека и потому не может быть ядовитым. За 1 ч взрослый человек выдыхает примерно 20 л (около 40 г) этого газа. При физической работе количество выдыхаемого углекислого  газа увеличивается до 35 л. Он образуется в результате сгорания в организме  углеводов и жиров. Однако при  большом содержании CO2 в воздухе  наступает удушье из-за недостатка кислорода. Максимальная продолжительность  пребывания человека в помещении  с концентрацией CO2 до 20% (по объему) не должна превышать 2 ч. В Италии имеется  получившая широкую известность  пещера («Собачья пещера»), в которой  человек стоя может находиться длительное время, а забежавшая туда собака задыхается и гибнет. Дело в том, что примерно до пояса человека пещера заполнена  тяжелым (по сравнению с азотом и  кислородом) углекислым газом. Поскольку  голова человека находится в воздушном  слое, то он не ощущает никаких неудобств. Собака же при ее росте оказывается  в атмосфере углекислого газа и потому задыхается. 

Врачи и биологи  установили, что при окислении  в организме углеводов до воды и углекислого газа на одну затраченную  молекулу кислорода выделяется одна молекула CO2. Таким образом, отношение  выделенного CO2 к поглощенному O2 (величина дыхательного коэффициента) равна единице. В случае окисления жиров дыхательный коэффициент равен примерно 0,7. Следовательно, определяя величину дыхательного коэффициента, можно судить, какие вещества преимущественно сгорают в организме. Экспериментально установлено, что при кратковременных, но интенсивных мышечных нагрузках энергия получается за счет окисления углеводов, а при длительных – преимущественно за счет сгорания жиров. Полагают, что переключение организма на окисление жиров связано с истощением резерва углеводов, что обычно наблюдается через 5...20 мин после начала интенсивной мышечной работы.

Антидоты 

Выведение из организма  токсических веществ, в том числе  и соединений металлов, происходит через органы пищеварения, различные  железы (потоотделения, слюноотделения), легкие, но особенно через почки. Поэтому  при многих отравлениях с помощью  специальных средств вызывают усиление мочеотделения, что способствует удалению из организма с мочой ядовитых соединений. В медицине для их выведения  используют природные или синтетические  химические вещества, называемые антидотами. 

Антидоты – вещества, устраняющие последствия воздействия  ядов на биологические структуры  и инактивирующие яды посредством  химической реакции. Механизм их действия при отравлении солями металлов (неорганическими  ядами) связывают с образованием малорастворимых или очень прочных  соединений. Так, еще в 1806 г. в качестве лечебного средства при отравлении барием были предложены глауберова соль Na2SO4·10H2O и сульфат магния MgSO4. При  взаимодействии с солями бария они  приводят к образованию сульфата бария, который вследствие малой  растворимости не является ядовитым. Известно, что при рентгенологическом исследовании желудка пациента кормят кашей из сульфата бария, замешенного  на воде. Как уже было отмечено, сулема HgCl2 является сильнейшим ядом. Хорошо известно, что ртуть (II) образует исключительно  малорастворимый сульфид HgS. Поэтому антидотом против сулемы используют раствор сульфида натрия и магния. 

Желтая кровяная соль K4[Fe(CN)6] образует малорастворимые соединения с ионами многих тяжелых металлов. Это свойство используют на практике для лечения отравлений солями тяжелых металлов. 

Хорошим антидотом  при отравлениях соединениями мышьяка, ртути, свинца, кадмия, никеля, хрома, кобальта и других металлов является унитиол: 

Formula p.178 

Он образует прочные  хелатные соединения типа 

Formula p.178 

В виде таких соединений ионы металла и выводятся из организма. Весьма прочные соединения с ионами различных металлов образуют комплексоны, например этилендиаминтетрауксусная  кислота (ЭДТА):

Обычно такие соединения обладают очень высокой прочностью. Это означает, что комплексоны  могут «отнимать» ионы металлов от биологических систем. По этой причине  ЭДТА является хорошим антидотом  на соединения свинца и соединения других металлов. Однако при использовании  унитиола и комплексонов следует остерегаться передозировки. При их избытке могут связываться, а затем и выводиться из организма жизненно важные микроэлементы. 

Универсальным антидотом  является молоко. На его противоядные свойства указывал еще в начале новой  эры Плиний Второй (23...73 гг. н.э.). Употребление молока и сливочного масла при отравлении солями рекомендовал также Авиценна в своем знаменитом труде «Канон врачебной науки», созданном в 1012...1023 гг. Неспроста и в настоящее время сотрудникам химических лабораторий и работникам ряда химических производств в нашей стране в соответствии с нормами техники безопасности бесплатно выдается молоко