Валеология на уроках неорганической химии

Пособие для учителя к спецкурсу
«Химия и здоровье человека»

Элементы главной подгруппы
II группы (щелочно-земельные металлы)

Общая характеристика (по Дж.Эмсли, 1993 г.)

Магний и здоровье человека

Содержание магния в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 19 г. Большая часть магния находится в составе костной и мышечной тканей. В основном магний содержится внутри самих клеток, где он наряду с калием является вторым по значимости элементом. Только 1% магния находится в крови. Потребность в магнии может быть различной у разных людей.

• У детей потребность в магнии зависит от возраста: до 3 лет – 140 мг, от 4 до 6 лет – 220 мг, от 7 до 10 лет – 300 мг, от 11 до 13 лет – 400 мг магния.
• Для взрослого человека в среднем достаточным считается прием 300–350 мг магния в день.
• Для беременных женщин суточная потребность в магнии выше – 400–500 мг, поскольку этот период связан с его усиленным выделением из организма. Магний особенно необходим и в связи с тем, что он предупреждает появление спазмов мышц и сосудов.
• Потребность в магнии возрастает у кормящих матерей, при сильном потоотделении и значительных потерях организмом воды (жара, занятия спортом, понос, рвота), при неумеренном потреблении алкоголя.

Необходимо учитывать соотношение магния в организме с кальцием как 0,5:1.

Источники поступления магния в организм человека

Поступает магний в организм с пищей. Богаты им хлебобулочные изделия из муки грубого помола, крупы, бобовые (горох, фасоль), орехи, овощи, цветная капуста, абрикосы. В молочных продуктах магния относительно мало, но в них он содержится в легко усвояемой форме в виде цитрата магния.

Биологическая роль магния

• Участвует в формировании скелета, но не играет такой большой роли, как кальций, т. к. фосфаты и карбонаты магния лучше растворимы, чем аналогичные соединения кальция.
• Является катализатором ферментативных процессов (радиус иона магния меньше, чем иона кальция).
• Участвует в работе нервных клеток.
• Влияет на обмен углеводов и энергетический обмен.
• Оказывает антисептическое и сосудорасширяющее действия.
• Усиливает процессы торможения в коре головного мозга, успокаивающе действует на нервную систему.
• Оказывает благоприятное действие на пищеварительную систему: стимулирует выделение желчи, способствует сокращению желчного пузыря, усиливает активность желудка и кишечника, очищает слизистую желудка.
• Восстанавливает седые волосы.

Реакция организма на недостаток магния

У людей, страдающих от недостатка магния, наблюдается ничем не объяснимое чувство внутреннего беспокойства, стресс, нарушение сердечного ритма, мышечное подергивание, судороги мышц (в особенности ночные судороги икроножных мышц), покалывание в кончиках пальцев. Возможны головокружение, шум в голове и ушах, постоянное чувство усталости. При длительном недостатке магния в стенках крупных кровеносных сосудов, сердечной и скелетных мышцах происходит отложение солей кальция. Для преодоления негативных последствий низкого содержания магния назначают препараты магния, но следует учитывать, что большие дозировки и длительный прием могут привести к возникновению устойчивой зависимости от них. Снижение усвоения магния происходит при употреблении алкоголя в большом количестве, при поносах в течение длительного времени, а также в том случае, если в пище присутствуют фитин и балластные вещества. При приготовлении пищи возможны потери магния, т. к. многие его соединения растворимы в воде.

Реакция организма на избыток магния

Происходит ухудшение усвоение кальция, т. к. магний является его антагонистом.

Применение препаратов магния в медицине

«Английская соль» (сульфат магния) применяется как слабительное; жженую магнезию (оксид магния) используют при повышенной кислотности; пероксид магния употребляют как дезинфицирующее средство при желудочных расстройствах. Ванна с несколькими столовыми ложками оксида магния снимает напряжение нервной и мышечной системы.

Знаете ли вы, что...

• В крови уставших людей содержится меньше магния, чем в крови людей, полных сил, и даже самые ничтожные отклонения «магниевой кривой» не проходят бесследно. Магнию отдают предпочтение в борьбе с серьезным недугом нашего времени – переутомлением.
• У нервных, легковозбудимых людей нарушения работы сердечной мышцы наблюдаются значительно чаще, чем у спокойных. Это объясняется тем, что в момент раздражения магний, содержащийся в организме, «сгорает».

Тест на содержание магния в организме
(по М.Хамм, А.Россмайер, 1996 г.)

Ответьте на каждый вопрос либо «да», либо «нет».

1. Часто ли у вас бывают судороги (в частности, ночные судороги икроножных мышц)?
2. Страдаете ли вы болями в сердце, учащенным сердцебиением и сердечной аритмией?
3. Часто ли вы ощущаете онемение, например в руках?
4. Часто ли вам угрожают стрессовые ситуации?
5. Регулярно ли вы употребляете алкогольные напитки?
6. Принимаете ли мочегонные средства?
7. Много ли вы занимаетесь спортом?
8. вы предпочитаете белый хлеб и изделия из белой муки, а не изделия из муки грубого помола?
9. Редко ли вы употребляете салат и зеленые овощи?
10. Во время готовки картофеля и овощей используете ли вы длительную водную обработку и варите их в большом количестве воды?
11. При покупке минеральной воды обращаете ли вы внимание на содержание в ней магния?

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

Кальций и здоровье человека

Содержание кальция в организме человека (масса тела 70 кг) составляет 1 кг. Основная масса кальция находится в костной и зубной тканях в виде гидроксиапатита 3Са₃(РО₄)₂•Са(ОН)₂ и фторапатита 3Са₃(РО₄)₂•СаF₂. 99% общего количества кальция сосредоточено в костях. Остальной кальций входит в состав крови и других тканей как в виде ионов, так и в связанном состоянии. Содержание его в сыворотке крови 8,5–12 мг%, у новорожденных 7,5–13,9 мг%. Обмен кальция в организме тесно связан с обменом магния, стронция и фосфора.

Биологическая роль кальция

• Является «строительным материалом» для образования костей и зубов.
• Важен для регуляции процессов роста и деятельности клеток всех видов тканей.
• Влияет на обмен веществ.
• Важен для нормальной деятельности мышечной и нервной систем.
• Обеспечивает нормальную свертываемость крови.
• Оказывает противовоспалительное действие.
• Обеспечивает устойчивость организма к внешним неблагоприятным факторам: резкой смене погоды и инфекциям.

Потребность в кальции

В среднем взрослый человек должен потреблять в сутки ~1 г кальция, хотя для постоянного возобновления структуры тканей требуется лишь 0,5 г. Это связано с тем, что ионы Са²⁺ усваиваются (всасываются в кишечнике) лишь на 50%, т. к. образуются плохо растворимые фосфаты Са₃(РО₄)₂, СаНРО₄ и соли жирных кислот Cа(RCOO)₂. Для растущего организма беременных и кормящих женщин необходимо примерно 1,4–2 г в сутки.

Источники поступления кальция в организм человека

• Употребление продуктов, лидирующих по содержанию кальция: молока, молочных продуктов, сыров. Кроме того, молочные продукты помогают усвоению Са из других продуктов. Хорошими источниками кальция являются: яичный желток, капуста, соя, вобла, шпроты, зелень петрушки и др. Чем больше кальция поступает в организм с растительной пищей, крупами, тем лучше состояние костной ткани. Продукты с кислой реакцией приводят к нарушению кальциевого обмена.
• Витамин D способствует усвоению кальция и задержке его в организме.
• Употребление животных жиров, содержащих малые количества кальция, но эффективно способствующих его усвоению организмом.
• Питье воды. В каждом выпитом нами глотке воды есть кальций (в виде солей), разнится лишь его содержание. В нашей стране в основном преобладают районы, где вода содержит кальций в избытке (т. е. является жесткой).

Реакция организма на избыток кальция

• Избыточное поступление кальция в клетки соединительной ткани частично обезвоживает их, в результате чего клетки увядают, снижается их физиологическая активность.
• Нервная система становится более возбудимой.
• Развивается мочекаменная болезнь. Образование почечных камней связано с образованием нерастворимых солей кальция и магния: оксалатов, уратов (солей мочевой кислоты) и др. При недостаточном функционировании фермента ксантиноксидазы, содержащего молибден, локально возрастает концентрация уратов. Они обладают свойством отлагаться и концентрироваться в суставной жидкости, в хрящах, уменьшая их подвижность и вызывая заболевание – подагру.

При избыточном приеме солей кальция внутрь, его повышенном всасывании из кишечника или пониженном выведении через почки концентрация кальция в плазме крови может возрасти. Развивается гиперкальциемия, которая в особенно тяжелых случаях приводит к кальцинозу (отложение солей) в различных тканях и органах. Гиперкальциемия может быть также результатом повышенного потребления витамина D. Ее проявления: потеря аппетита, задержка роста детей, рвота, запоры и другие расстройства, связанные с резким увеличением всасывания кальция из кишечника.

Снижение уровня кальция в организме

Наблюдается при употреблении воды, содержащей небольшое количество кальция (т. е. является мягкой). Такая вода легко всасывается тканями организма и хорошо промывает организм от избытка кальция. Идеальной в этом плане является дистиллированная вода. Она великолепно усваивается организмом и представляет собой хороший растворитель для многих продуктов жизнедеятельности организма и всех минеральных веществ, в том числе и для кальция. Она выводит избыток кальция из организма. Но ее надо употреблять не более двух месяцев, т. к. могут вывестись и необходимые вещества. Уменьшить жесткость воды в домашних условиях можно следующими способами:

1) кипячением воды: при этом гидрокарбонат кальция, содержащийся в воде, разлагается:

2) пропусканием воды через бытовые водоочистительные приборы («Родничок», «Аквалон» и др.), жесткость воды снижается на 30%.

Снижению усвоения кальция помогают соли щавелевой кислоты (оксалаты), фитин и балластные вещества.

Приготовление пищи и кальций

В процессе варки и жарки органический кальций, содержащийся в продуктах, переходит в неорганический, и более 60% его не усваивается организмом.

Реакция организма на недостаток кальция

Понижение концентрации кальция в организме приводит к понижению возбудимости нервной системы, следствием чего является появление судорог. Обмен кальция характеризуется тем, что при его недостаточном поступлении с пищей он все равно продолжает выделяться из организма в прежних количествах за счет его запасов. Если отрицательный баланс кальция сохраняется долго, то могут возникнуть явления кальциевой недостаточности, такие, как заболевание остеопороз (при котором происходит истончение костной ткани, грозящее переломами).

Наиболее уязвимы и подвержены травмам позвоночник, шейка бедра и запястье.

С лечебной целью назначают препараты (соли) кальция: глюконат, лактат, йодид, карбонат, хлорид. Их не рекомендуют запивать молоком. Необходимо также исключить из диеты продукты, содержащие щавелевую и уксусную кислоты.

Задержке кальция в организме способствует растительная пища. При нарушении фосфорно-кальциевого баланса организм берет кальций из «запасного фонда» организма – зубов, костей, крупных суставов – или же строит кости из стронция, что приводит к изменениям в костях: образуются наросты.

Процессы обновления кальция в организме у детей происходят через один-два года, у взрослых – через 10–12 лет, у пожилых людей обновление кальция протекает еще медленнее.

Остеопороз, по данным Всемирной организации здравоохранения, занимает четвертое место среди других заболеваний, распространенных на Земле, уступая только болезням сердечно-сосудистой системы, онкологическим и эндокринным.

Остеопороз возникает в результате медленной и незаметной потери кальция, при этом происходит уменьшение объема и прочности костей. Эта коварная болезнь развивается постепенно, заявить о себе она может болями, сильной утомляемостью, избыточным зубным налетом, парадонтозом, хрупкостью и размягчением ногтей, преждевременным поседением, ночными судорогами ног. В большей степени остеопорозу подвержены женщины со светлой кожей, курящие женщины, любительницы алкоголя и кофе. Остеопороз угрожает женщинам, у которых было более трех беременностей и родов, а также тем, кто долго кормил детей грудью, и тем, кто пренебрегал физическими упражнениями. Шансов «приобрести» остеопороз больше у худощавых женщин, чем у полных, т. к. жировые клетки последних превращают гормон, вырабатываемый надпочечниками, в женские половые гормоны – эстрогены. А чем больше в организме эстрогенов, тем меньше ему грозит остеопороз.

Чтобы кости оставались твердыми, между ними и кровью должен происходить сбалансированный обмен кальцием, способствующий постоянному самообновлению костной ткани. Именно этот непрерывный процесс самовосстановления костей и поддерживают эстрогены и другие гормоны. Они как бы заставляют кальций оставаться в костях, не давая ему уходить обратно в кровь. Поскольку уровень эстрогенов в женском организме с возрастом уменьшается, кости теряют способность удерживать кальций. Они становятся тоньше и легче до такой степени, что делаются похожими на губку.

Концентрация кальция в крови находится под контролем гормона паращитовидных желез – паратгормона. Падение содержания кальция в крови приводит к усилению секреции паращитовидных желез, что способствует выделению в кровь кальция из костей. Этот гормон обусловливает всасывание кальция в кишечнике, высвобождение его из костей и обратное всасывание из первичной мочи в почечных канальцах. Удаление или поражение паращитовидных желез ведет к спазмам мышц и судорогам. Объясняется это снижением концентрации кальция в крови.

Существует зависимость между уровнем кальция и холестерина в крови. Кровь с низким содержанием кальция обладает фибринолитической активностью, т. е. способностью предотвращать развитие тромбов.

Знаете ли вы, что...

• В пище, содержащей кальций, особенно нуждаются люди, рожденные под знаком Скорпиона.
• Кровь с пониженным содержанием кальция не свертывается на воздухе. Малейшая царапина привела бы организм к гибели из-за потери крови, если бы кровь не содержала ионов кальция.
• Если пища будущей матери насыщена кальцием и магнием, то в потомстве преобладает женский пол, а избыток калия приводит к тому, что у нее рождается потомство преимущественно мужского пола. Осталось только выяснить, насколько распространяется такое влияние этих элементов на человека, т. к. описанные наблюдения относятся к коровам.
• В местностях, где природная вода содержит повышенное количество ионов кальция и магния, в каждом доме в течение года накапливается столько накипи, что ею можно наполнить мусорное ведро.
• У девочки-подростка перед началом менструации уровень кальция в крови падает, она становится нервной и раздражительной.

Тест на содержание кальция
в организме
(по М.Хамм, А.Россмайер, 1996 г.)

Ответьте либо «да», либо «нет».

1. Страдаете ли вы остеопорозом (ломкость костей)?
2. Бывает ли у вас аллергия при длительном пребывании на солнце?
3. Часто ли у вас бывают судороги?
4. Выпиваете ли вы ежедневно меньше 1 стакана молока?
5. Употребляете ли вы мало таких молочных продуктов, как йогурт или сыр?
6. Пьете ли вы ежедневно напитки типа «колы»?
7. Употребляете ли вы мало зеленых овощей?
8. Вы едите много мяса и колбасы?

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

Знаете ли вы, что...

• У поселенцев (забайкальских казаков) на р. Уров – левом притоке р. Аргуни, берущей начало в отрогах Нерчинского хребта, в первой половине XIX в. появилась странная болезнь. Она проявлялась в искривлении костей, ломкости, боли в суставах. Нередко больные едва передвигали ноги и становились полными инвалидами. Первое описание болезни «Об уродливости жителей берегов реки Урова в Восточной Сибири» сделал Иван Юренский в 1849 г. Он писал: «Девицы, выданные с Урова замуж в другие деревни, этой уродливости не подвергались, если ранее не имели ее. Девицы, привезенные сюда из других мест, будучи совершенно здоровыми, по прожитии здесь несколько лет подвергались уродливости, но только в меньшей степени, нежели уроженцы Урова...» Значит, эта болезнь связана с какими-то особенностями этого региона.
  В 1930-х гг. была организована Уровская научно- исследовательская станция Академии медицинских наук СССР. Теперь установлено, что эта болезнь вызвана повышенной концентрацией стронция в природных водах. Был проведен следующий эксперимент. Суть его заключалась в том, что это заболевание вызывали у подопытных животных, пищевой рацион которых отличался от рациона животных контрольной группы избытком стронция при дефиците кальция. Стронций всегда встречается совместно с кальцием. В кристаллической решетке минералов кальция всегда присутствуют атомы стронция. То же самое и в организме: оба эти элемента принимают участие в построении скелета. Но стронций более подвижен и долго не задерживается в костной ткани. Следствием этого являются рыхлость костей и их деформация. Симптомы заболевания напоминают обычный рахит, но оно не излечивается приемом витамина D.
• Некоторые морские организмы аккумулируют стронций из окружающей воды. Например, радиолярии, скелет которых целиком состоит из сульфата стронция SrSO₄.
• Барий аккумулируется в сетчатке глаза.