Элементов и их токсичностью
Раздел I. Общая характеристика биоэлементов
Классификация и топография элементов
Химические элементы, необходимые для построения органов и тканей и жизнедеятельности живых организмов, называются биоэлементами или биогенными. Биоэлементы классифицируются по двум основным группам. Первая группа – органогены, они составляют основу всех живых систем. К ним относятся 6 элементов: C, H, O, N, P, S. Их доля в организме составляет 97,4%. Вторая группа – жизненно необходимые (эссенциальные) элементы – это биометаллы (металлы жизни) – Na, K, Ca, Mg, Cu, Fe, Co, Zn, Mn, Mo, V, а также неметаллы Cl, I. Основное их назначение – осуществлять жизненные процессы в живых организмах. По количественному содержанию биоэлементы делятся на макроэлементы, микроэлементы и примесные. Содержание макроэлементов в организме выше 10-2%. К ним относятся: O, C, H, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe, Na, Cl, Zn. Содержание микроэлементов в организме составляет 10-3-10-5%. К этим элементам относятся I, Cu, Mn, Mo, Co, V, B, F, Br, Ba. Примесные элементы (ультрамикроэлементы) – элементы, которые постоянно содержатся в организме человека и животных в очень малых количествах, меньших 10-5%. К ним относятся Al, As, Sb, Be, Si, Li, Sn, Cr, Pb, Cd, Ni, Ag, Hg, Sr, Se и др.
Топография элементов в организме чрезвычайно многообразна. Органы и ткани человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы. Большинство микроэлементов накапливаются в печени, костной и мышечной тканях. Некоторые элементы могут концентрироваться в больших количествах в определенных органах. Например, Zn – в поджелудочной железе, I – в щитовидной, F – в эмали зубов; Al, As, V – в волосах и ногтях; Cd, Hg, Mo- в почках; Ba – в пигментной сетчатке глаза; Br, Mn, Cr – в гипофизе и т.д. Макроэлементы С, H, O, N, S, P – входят в состав белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений, Кроме того, Н и О являются составными частями воды, на долю которой приходится 65% от массы организма взрослого человека. C, H и O входят в состав углеводов и жиров. Ca концентрируется в костной ткани в виде Ca3(PO4)2 и в основном содержится в неклеточных жидкостях, а K и Mg – во внутриклеточных.
Большую долю вещества живых организмов составляют элементы, которые имеют довольно высокую распространенность в биосфере и земной коре (O, H, K, Ca, Mg, Na и др). Однако есть исключения (Si, Al – много в земной коре и микроколичества в живых организмах).
Взаимосвязь между электронным строением, биологической ролью
элементов и их токсичностью
Количественное содержание и биологическая роль химических элементов обратно пропорциональна их порядковым номерам. Поэтому основу организма человека составляют элементы первых четырех периодов Периодической системы. В основном это р-элементы (C, O, N, P, S, Cl) и s-элементы (H, Na, K, Ca, Mg). Большинство металлов жизни – d-элементы 4 периода (Fe, Co, Cu, Mn, Zn, V). Исключением являются d-элемент Mo и р-элемент I, которые расположены в 5 периоде. Большинство элементов 5, 6 и 7 периодов чужеродны и очень токсичны для организма (Hg, Ag, Cd, Sr, Ba, Tl, Pb, Sn). Существует прямая зависимость между величиной радиуса и токсичностью: чем больше эффективный радиус, тем более токсичен элемент (Hg, Tl, Pb), однако есть исключение (Be, As).