Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Железо - один из самых распространённых элементов: в земной коре его содержится около 5%. Однако лишь примерно сороковая часть запасов этого металла сконцентрирована в виде месторождений, пригодных для разработок. Основные рудные минералы железа - магнетит, гематит, бурый железняк, сидерит. Магнетит содержит до 72% железа, как показывает его название, обладает магнитными свойствами. Гематит, или красный железняк, содержит до 70% железа. Название этого минерала произошло от греческого слова «гемма» - кровь. Само же слово «железо» произошло, как полагают одни учёные, от санкритского слова «джальжа» - металл, руда. Другие считают, что в основе русского названия элемента лежит санкритский корень «жель», означающий «блистать», «пылать».

железо организм здоровье

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕМЫ «ЖЕЛЕЗО И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ»

Железо это блестящий, серебристо-белый, мягкий металл. Растворяется в разбавленных кислотах; во влажном воздухе покрывается ржавчиной. Входит в состав сотен минералов, встречается и в виде самородного железа.

Применение железа и его соединений в промышленности

Железо используется при производстве стали (содержание углерода составляет 0,02-2,06%), чугуна (содержание углерода более 2,06%), а также при производстве специальных сплавов, сердечников трансформаторов и электромагнитов в машиностроении, в черной металлургии. Оксид железа (III) Fe₂0₃ применяется при термитной сварке, в качестве полирующего материала для сталей и стекла, в качестве красителя (железный сурик), магнитного носителя в магнитных лентах и накопителях. Ферриты (напр., феррит бария BaOx6Fe₂0₃) применяются в качестве магнитных материалов. Гексацианоферрат (II) калия (желтая кровяная соль) K₄[Fe(CN₆)₆]x ЗН₂0 используется для приготовления красной «кровяной» соли и служит в качестве отбеливателя в цветной фотографии, ослабителя в черно-белой фотографии и берлинской лазури (синий пигмент). Сульфат железа (III) в виде кристаллогидрата (FeS0₄x 7Н₂0 -- железный купорос) используется в качестве консерванта древесины, пестицида, пигмента, мягкого восстановителя, компонента электролитов в гальванотехнике, а также как исходный материал для получения других соединений железа. В медицине сульфат железа используют в качестве лекарственного средства для лечения малокровия, а хлорид железа (HI) FeCl₃x6H₂0 -- как компонент кровеостанавливающих средств. Широко применяются различные железные пигменты: железный желтый (FeO)OH, железный красный (Fe₂0₃), железный черный ((Fe^uFeⁱⁿ₂)0₄, железный сурик (Fe₂0₃) и охра -- природная смесь лимонита ((FeO)OH) и глины.

В медицине препараты на основе различных солей двух- и трехвалентного железа, а также железосодержащие БАДП применяются для восполнения относительного или абсолютного дефицита железа в ситуациях, связанных с увеличенной потребностью организма в этом биоэлементе (беременность, лактация, кровопотери, периоды роста и развития). Основное назначение препаратов железа -- их использование в качестве профилактики и терапии железодефицитных состояний, главным образом при лечении железодефицитных (гипохромных) и хронических постгеморрагических анемий. Разработаны многочисленные комплексные препараты для усиления всасывания железа из желудочно-кишечного тракта, улучшения синтеза железосодержащих метаболитов (вт. ч., гемоглобина), стимуляции эритропоэза и т. д.

Радиоактивные изотопы железа (Fe-59) применяются при исследованиях обмена железа в организме. Препараты, меченые ⁵⁹Fe и другими изотопами железа, используются в радиоизотопной диагностике, для изучения эритропоэза, обмена и всасывания железа. ⁵²Fe (короткоживущий изотоп) применяется при сканировании головного мозга.

Физиологическая роль железа

В организм человека железо поступает с пищей. Пищевые продукты животного происхождения содержат железо в наиболее легко усваиваемой форме. Некоторые растительные продукты также богаты железом, однако его усвоение организмом происходит тяжелее. Считается, что организм усваивает до 35% «животного» железа. В то же время другие источники сообщают, что этот показатель составляет менее 3% . Большое количество железа содержится в говядине, в говяжьей печени, рыбе (тунец), тыкве, устрицах, овсяной крупе, какао, горохе, листовой зелени, пивных дрожжах, инжире и изюме.

В организме взрослого человека содержится около 3-5 г железа; почти две трети этого количества входит в состав гемоглобина. Считается, что оптимальная интенсивность поступления железа составляет 10-20 мг/сутки. Дефицит железа может развиться, если поступление этого элемента в организм будет менее 1 мг/сутки. Порог токсичности железа для человека составляет 200 мг/сутки.

Важная роль железа для организма человека установлена еще в XVIII в. Основной функцией железа в организме является перенос кислорода и участие в окислительных процессах (посредством десятков железосодержащих ферментов). Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов. Большая часть железа в организме содержится в эритроцитах; много железа находится в клетках мозга. Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментативных реакциях, в обеспечении иммунных функций, в метаболизме холестерина. Насыщение клеток и тканей железом происходит с помощью белка трансферрина, который способен переносить ионы трехвалентного железа. Лигандные комплексы железа стабилизируют геном, однако в ионизированном состоянии могут являться индукторами ПОЛ, вызывать повреждение ДНК и провоцировать гибель клетки. Дефицит, так же как и избыток железа, отрицательно влияют на здоровье человека.

Схема метаболизма железа в организме человека представлена на рис. 16.

Глава 2. ЖЕЛЕЗО И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Содержание железа в организме человека (масса тела 70 кг) составляет по некоторым данным ~3,5 г. Распределение железа в организме человека (в процентах от общей массы железа) показано в табл. 1.

Небольшая часть железа расходуется на рост покровных тканей организма - кожи и ногтей. Железо входит в состав пигмента, окрашивающего волосы (рыжие волосы содержат в 5 раз больше железа, чем любые другие). Как видно из приведенных выше данных, основная масса железа находится в крови - эритроцитах. Это стало известно благодаря открытию француза Мери в ХIХ в. Эритроциты - красные кровяные клетки, главная функция которых заключается в осуществлении газообмена организма с окружающей средой, т. е. эритроциты переносят в организме кислород, поступающий при дыхании.

Входя в состав железосодержащего пигмента - гемоглобина, железо определяет красную окраску этого вещества, а также цвет крови. Молекула гемоглобина состоит из двух частей: из белка - глобина (основная часть молекулы, которая у разных живых организмов имеет разное строение) и железосодержащей группы - гема, который у всех организмов один и тот же. В составе молекулы гемоглобина четыре гема и в каждом - по одному атому железа, на их долю приходится всего лишь 0,35% массы огромной молекулы.

Именно железо помогает захватывать кислород и отдавать его там, где он нужен. В организме человека циркулирует ~25 трлн эритроцитов (в них находится большая часть всего железа, имеющегося в организме), благодаря деятельности которых мы можем дышать. Срок жизни эритроцитов 3-4 мес., после чего, выполнив свою функцию, они разрушаются.

«Производство» новых эритроцитов - функция кроветворных органов, главный из которых - костный мозг. У здорового человека он каждые сутки вырабатывает ~200 млрд эритроцитов, за среднюю человеческую жизнь (70 лет) их поступает в кровь в количестве 5*10²³ с общей массой ~500 кг. Каждый из этого несметного числа эритроцитов нужно «зарядить» гемоглобином, а значит, и железом. Чтобы приготовить 0,5 т эритроцитов, требуется примерно 0,5 кг железа. Однако поступление железа в организм с пищей измеряется считанными миллиграммами в сутки, десятками граммов за всю человеческую жизнь.

Источники поступления железа в организм человека

В организм железо поступает с пищей. Основные источники железа указаны в табл. 2.

Чтобы железо было усвоено, оно подвергается сложнейшим превращениям. В пищевых продуктах железо находится в трехвалентной форме. Клетки же слизистой оболочки кишечника пропускают железо в двухвалентной форме - в виде соли хлорида железа(II) FeCl₂ или сульфата железа(II) FeSO₄. Двухвалентным оно бывает только в составе специальных лекарственных препаратов (см. далее табл. 3). Миновав пищевод и попав в желудок, трехвалентное железо под действием желудочного сока восстанавливается в двухвалентное. Важнейшую роль в этом процессе играют соляная кислота и другие вещества, входящие в состав желудочного сока. Поэтому при пониженной кислотности назначают препараты железа вместе с соляной кислотой или желудочным соком. Из всего железа, которое находится в пище, усваивается 2-20%, причем немаловажно и то, что из продуктов растительного происхождения усваивается только от 2-8% железа. В продуктах животного происхождения атомы железа входят в состав белковых молекул, что облегчает его усвоение.

Если человек плохо пережевывает пищу или ест редко, но помногу, железо из трехвалентной формы не восстанавливается в двухвалентную и остается недоступным для усвоения, т. к. соляная кислота, пепсин и другие реагенты просто не успевают добраться до железа, заключенного в массе съеденной пищи. Всасывание железа заметно снижается при заболеваниях, связанных с поражением слизистой оболочки кишечника (особенно паразитарных).

Влияет на усвоение железа и состав пищи. Витамин С и фруктоза (содержится в овощах, фруктах, соках, меде) создают благоприятные условия для усвоения железа, т. к. образуют с ним хорошо растворимые соединения. Большую роль играют витамины группы В. Однако у железа кроме «друзей» имеются и «враги». «Враги» железа - это чай, кофе, молочные продукты и яичные желтки. Чашка чая, выпитая во время еды, сократит усвоение железа почти на 2/3, поскольку при этом образуются труднорастворимые соединения. Если кофе выпит после приема пищи, то организм недосчитается 40% железа, а если - за 1 ч до еды, он оставит железо в неприкосновенности. Если с железом у вас все в порядке, то можно спокойно есть продукты, которые числятся во «врагах» железа. Если же нет, то необходимо изменить свой образ жизни.

Из желудка железо проникает сквозь мембрану в клетку слизистой оболочки кишечника. Здесь его поджидает белок апоферритин, относящийся к группе гамма-глобулинов. Он образует с железом комплексное водорастворимое соединение - ферритин. В ходе этой реакции железо во второй раз изменяет свою валентность: в составе ферритина оно уже снова трехвалентное. Апоферритин выполняет двойную роль. Во-первых, он служит «проводником» железа сквозь клетку слизистой оболочки, а во-вторых, регулирует поступление железа из кишечника. Как только весь имеющийся в клетке апоферритин «насытится» железом и превратится в ферритин, всасывание железа сквозь мембрану блокируется. Такой механизм, работающий по принципу обратной связи, защищает организм от ненужного избытка железа.

Следующая преграда на пути железа - мембрана, которая отделяет клетку слизистой оболочки от кровеносного русла. Железо минует эту преграду и, попадая в плазму крови, в третий раз меняет валентность: отщепляясь от ферритина, оно вновь превращается в двухвалентное. Сменяется и его «проводник»: с кровью железо разносит железо по организму другой белок - трансферрин. Наконец, прежде чем отложиться в той или иной ткани, железо снова соединяется с белком, образуя ферритин (в составе которого железо трехвалентно), удобный для хранения запасов железа.

Итак, железо, поступив в организм, минует пищевод и попадает в желудок, где под действием соляной кислоты желудочного сока восстанавливается из трехвалентного в двухвалентное. Далее, в кишечнике часть железа, содержащегося в пище, в среднем ~10% (остальная часть выводится из организма), всасывается сквозь слизистую оболочку и попадает в кровь, при этом дважды меняя свою валентность. По кровяному руслу железо разносится по всему организму и, снова окислившись в трехвалентное, отлагается в тканях. Круговорот железа в организме человека показан на схеме.

В воде железо находится в виде солей Fe³⁺. Гост разрешает содержание железа в питьевой воде до 0,3 мг/л, а если нет станции обезжелезивания, то до 1 мг/л. Если же содержание железа превышает указанную величину, то это отрицательно сказывается на органах пищеварительной и сердечно-сосудистой систем.

Реакция организма на недостаток железа

Организм человека очень бережно обращается с железом, но даже у здорового человека железо понемногу выводится из организма: взрослый мужчина теряет в сутки ~1 мг железа. У женщин потери гораздо больше, т. к. главное вместилище железа - кровь. Много железа уносят кровотечения, особенно менструации. Поэтому потребность в железе у мужчин 0,9-1,2 мг в сутки, а у женщин 1,3-2,5 мг, во время беременности до 5 мг. Если человек не получает с пищей достаточного количества железа, в расход идет резервное железо. У мужчин эти запасы составляют 1 г, и за счет его они могут существовать 2-3 года, если даже в пище не будет ни одного атома железа. У женщин эти запасы в 3 раза меньше, поэтому дефицит железа у них возникает намного раньше.

Когда железа начинает не хватать и организм приступает к расходованию его запасов, хранящихся в печени, печень отвечает на это резким увеличением производства «проводников» железа - апоферритина и трансферрина. Всасывание железа через слизистую оболочку кишечника тут же увеличивается: организм стремится за каждым атомом железа и из тех же пищевых продуктов усваивает в 1,5-4 раза больше железа, чем обычно.

И все же эти резервы могут оказаться недостаточными, если с пищей поступает слишком мало железа или слишком велики его потери: возникает заболевание железодефицитная анемия, или малокровие.

Существует разновидность железодефицитной анемии, которая наблюдается у каждого человека в первый год жизни. В первые 6 месяцев внутриутробного развития плод не получает железа от матери. Накопление железа начинается лишь в последние 3 месяца перед родами. К моменту рождения нормальный ребенок запасает 250-300 мг, а недоношенный - 100-150 мг. Однако бурный рост ребенка требует огромных затрат железа, запасы которого быстро истощаются. Это служит сигналом растущему организму, что уже недостаточно одного лишь материнского молока и нужно переходить на более разнообразное питание. С материнским молоком железа поступает в организм очень мало - в 100 г женского молока только 0,7 мг железа, из которых усваивается 0,02 мг. Потребность же ребенка в железе - 0,5 мг в сутки, т. е. ребенок длительное время развивается в условиях тяжелого дефицита железа. При смешанном и искусственном вскармливании дефицит железа еще больше, т. к. из коровьего молока железа усваивается в 2-3 раза меньше, чем из женского.

Еще в прошлом веке врачи обратили внимание на анемию, поражавшую девушек в закрытых учебных заведениях. Признаки заболевания: зеленовато-бледный цвет лица, слабость, головокружение, обмороки, плохой аппетит.

Для работы мозга требуется огромное количество кислорода, а при анемии мозг не получает его в нужном количестве. Чаще анемия развивается в подростковом возрасте, когда происходит период полового созревания. В этот период особенно нужно следить за питанием, чтобы оно было богато железом. При сильной степени анемии назначают лекарственные препараты, содержащие железо (табл. 3). После приема этих препаратов необходимо тщательно полоскать рот, т. к. может произойти потемнение эмали зубов. Препараты железа могут вызвать раздражение слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, тошноту, рвоту. Поскольку такие препараты связывают сероводород кишечника (естественный стимулятор перистальтики), они могут вызывать запоры.

Удовлетворить потребность в железе помогут железистые (марциальные) минеральные воды Сибири, Кавказа и Карелии. Они получили свое название в честь Марса - бога войны и алхимического символа железа. Это - «Дарасут», «Полюстрово» и др. Марциальная вода не может долго храниться, т. к. в ней содержится FeSO₄*7H₂O - соединение, быстро подвергающееся процессу окисления. Из прозрачного раствора воды выпадает бурый осадок Fe(OH)₃.

Реакция организма на избыток железа

Если же в плазму крови внезапно поступает большое количество железа, то такое избыточное, ненужное организму железо также откладывается в тканях. В этом случае образуется соединение трехвалентного железа с белками, но уже в виде нерастворимого в воде комплекса - гемосидерина. Это соединение уже не может быть использовано организмом в будущем. Его накопление расстраивает функции тех тканей и органов, где оно происходит, и приводит к развитию заболевания - гемосидероза.

Знаете ли вы, что...

· Граф А.П. Бестужев-Рюмин (1693-1766) - канцлер императрицы Елизаветы и генерал-фельдмаршал императрицы Екатерины II - предложил капли, получившие название «бестужевские», как укрепляющее и возбуждающее средство. Капли представляли собой раствор хлорида железа(III) в смеси этилового спирта и этилового эфира. Екатерина их часто употребляла.

· Гематоген производится из бычьей крови и применяется для профилактики анемии.

· Экспериментально показано, что у здоровых мужчин и женщин однократный прием умеренной дозы алкоголя вызывает усиленное выведение через кишечник железа, алюминия, цинка, что создает предпосылки для дефицита этих металлов в организме.

· Чай содержит дубильную кислоту. Если смешать светлый настой чая с раствором соли железа, то он почернеет, т. к. дубильная кислота, содержащаяся в чае, в соединении с железом образует чернила. Вот почему нельзя заваривать чай в металлическом чайнике.

Тест «Порядок ли у вас с железом?» (по М. Хамм, А. Россмайер, 1996 г.)

На вопросы отвечайте либо «да», либо «нет».

1. Часто ли вы чувствуете усталость и подавленность? 2. Произошли ли у вас в последнее время изменения кожи, волос и ногтей (например, нетипичная бледность и шероховатость кожи, ломкие волосы, вмятины на ногтях)?

3. Теряли ли вы в последнее время много крови?

4. Обильны ли ваши менструации?

5. Занимаетесь ли вы профессиональным спортом?

6. Редко ли вы употребляете или вовсе не едите мясо?

7. Выпиваете ли вы более трех чашек черного чая или кофе в день?

8. Вы едите мало овощей?

Если на большинство вопросов вы ответили «нет», то ваш организм в достаточной степени обеспечен железом.

Глава 3. ТВОРЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ «ЖЕЛЕЗО»

ФИЛВОРД «Химический элементарий»

Среди множества букв вам предстоит найти названия 25 химических элементов, пользуясь подсказками. При этом слово может «поворачивать» в любом направлении, кроме диагонали.

Подсказки: 1. Химический элемент - металл, который алхимики считали металлом Солнца (6 букв).

2. Химический элемент - металл, который много веков алхимики считали главной составной частью всех металлов (5 букв). 3, 4. Химические элементы, существование которых и их свойства были предсказаны Д.И. Менделеевым еще до их открытия (6, 7 букв). 5. Химический элемент, названный в честь России (7 букв). 6. Химический элемент, имеющий на предпоследнем энергетическом уровне пять d-электронов (4 буквы).

7. Химический элемент - галоген, не существующий в природе (5 букв). 8. Химический элемент - металл, использующийся при производстве зеркал (7 букв).

9. Химический элемент - самый распространенный на Земле (8 букв). 10. Химический элемент, составляющий основу органических веществ (7 букв). 11. Химический элемент, имеющий наиболее простое строение атома (7 букв). 12. Химический элемент - «крылатый металл» (8 букв). 13. Химический элемент, который согласно атомной массе должен был быть 18-м (5 букв).

14. Химический элемент VII группы, первый из искусственно полученных (8 букв). 15. Химический элемент, название которого по звучанию напоминает название страны, хотя происхождение его названия связано с цветом спектрального излучения (5 букв).

16. Химический элемент - металл, входящий в состав мыла (6 букв). 17. Химический элемент, обнаруженный на Солнце раньше, чем на Земле (5 букв). 18. Химический элемент, обладающий наибольшим атомным радиусом среди элементов II периода (5 букв).

19. Химический элемент - металл - основа стойкого солдатика (5 букв). 20. Химический элемент, названный в честь греческой богини Луны (5 букв). 21. Химический элемент с острова Кипр (4 буквы). 22. Химический элемент - металл, название которого означает в переводе с испанского «серебришко» (7 букв).

23. Химический элемент, название которого может иметь как минимум три лексических значения (3 буквы).

24. Химический элемент, самый активный окислитель (4 буквы). 25. Химический элемент - первый из лантаноидов (5 букв).

ЛИТЕРАТУРА

1. Бязров Л.Г. Горчица очищает почвы. Биология (приложение к газете «Первое сентября»), 1998, № 12, с. 3.

2. Добрынина Н.А. Биологическая роль некоторых химических элементов. Химия в школе, 1991, № 2, с. 6-13.

3. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. М.: Химия, 1994, 399 с.

4. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. М.: Высш. шк., 1991, 288 с.

5. Терлецкий Е.Д. С железом в крови. Химия и жизнь, 1985, № 4, с.19-22.

6. Гурвич М.М. Железная диета. Там же, 1985, № 4, с. 22-23.

7. Зернов Н.Г., Поляков В.Е. Железо внутри нас. Там же, 1974, № 6, с. 32-38.

8. Яковлев О.Г., Курочкин Е.И., Спирина П.В. Дието- и фитотерапия при болезнях органов пищеварения. Самара: Самар. дом печати, 1994, 75 с. Макро- и микроэлементы и их роль в организме. Крестьянка, 1993, № 11, с. 21.

9. Киреева З.В., Коробейникова Л.А. Викторина «Химия и медицина». Химия в школе, 1992, № 3-4, с. 53-55.

10. Громбах С.М. Пушкин и медицина его времени. М.: Медицина, 1989, с. 106-115.

11. Макаров К.А. Химия и здоровье. М.: Просвещение, 1985, 144 с.

12. Нарычева И. Целебные силы природы. Муравейник, 1995, № 10-12, с. 33-35; 1996, № 1, с. 35-37; 1996, № 2, с. 29-32; 1997, № 4, с. 36-37.

13. Мельникова Ж. Нарзан с мышьяком. Химия и жизнь. 1977, № 9, с. 43.

14. Бородин С. Минералогия человека. Наука и жизнь, 1995, № 5, с. 94-96.

15. Дедов И.И., Герасимов Г.А. Дефицит йода - голод скрытый и коварный. Здоровье, 1994, № 2, с. 6-9.

Размещено на Allbest.ru