Валеология на уроках неорганической химии

Пособие для учителя к спецкурсу
«Химия и здоровье человека»

Элементы побочных подгрупп VII и VIII групп (окончание)

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.

Использованная    литература

Бязров Л.Г. Горчица очищает почвы. Биология (приложение к газете «Первое сентября»), 1998, № 12, с. 3.
Добрынина Н.А. Биологическая роль некоторых химических элементов. Химия в школе, 1991, № 2, с. 6–13.
Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. М.: Химия, 1994, 399 с.
Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. М.: Высш. шк., 1991, 288 с.
Терлецкий Е.Д. С железом в крови. Химия и жизнь, 1985, № 4, с.19–22.
Гурвич М.М. Железная диета. Там же, 1985, № 4, с. 22–23.
Зернов Н.Г., Поляков В.Е. Железо внутри нас. Там же, 1974, № 6, с. 32–38.
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.
Киреева З.В., Коробейникова Л.А. Викторина «Химия и медицина». Химия в школе, 1992, № 3–4, с. 53–55.
Громбах С.М. Пушкин и медицина его времени. М.: Медицина, 1989, с. 106–115.
Макаров К.А. Химия и здоровье. М.: Просвещение, 1985, 144 с.
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.
Мельникова Ж. Нарзан с мышьяком. Химия и жизнь. 1977, № 9, с. 43.
Гамаюрова В.С. О пользе мышьяка. Там же, 1985, № 3, с. 61.
Петровский К.С. Минеральные вещества и внутренняя среда. Там же, 1981, № 5, с. 30–32.
Бородин С. Минералогия человека. Наука и жизнь, 1995, № 5, с. 94–96.
Дедов И.И., Герасимов Г.А. Дефицит йода – голод скрытый и коварный. Здоровье, 1994, № 2, с. 6–9.
Голубев И.М. Использование данных о местной питьевой воде на уроках химии. Химия в школе, 1991, № 1, с. 31–32.
Сигуля Е.Е. Цинк и органы чувств. Химия и жизнь, 1986, № 5, с. 36–38.
Сигуля Е.Е. Ванадий, ферменты и сердце. Там же, 1989, № 6, с. 84–85.
Кольтовер В.К. Еще раз о радиоактивности в вашем доме. Там же, 1990, № 4, с. 72–75.
Питание и здоровье (1994/1995). Спецвыпуск «Test»: Stiftung warentest, p. 20–23, 26–29, 38, 52–54, 96–97.
Куликовская Г. Хлеб вам да йод. Огонек, 1996, № 2, с. 47–48.
Вешняя вода – не беда. Там же, 1996, № 18, с. 24–26.
Гейнтце М. Все о раздельном питании по системе доктора Хея. М.: Кристина и К0, 1996, 112 с.
Семенова Н.А. Мой путь к здоровью. В спецвыпуске «Человек и жизнь». Тюмень, 1992, 48 с.
Хрущев В.Л. Здоровье человека на севере. Медицинская энциклопедия северянина. М.: Астра, 1994, 508 с.
Вода долголетия. В кн.: Познай себя. Под ред. В.И. Захаренкова. Приложение к журналу «Свет». (Сер. «Природа и человек».) М., 1994, с.162–167.
Назаренко В.М. Экологизированный курс химии: от темы к теме. Химия в школе, 1995, № 2, с. 29–34; 1996, № 2, с. 31–33.
Здоровье без лекарств. Энциклопедический справочник. Минск: Изд-во им. П.Бровки, 1994, 380 с.
Демина Л., Гухман Г. Земля. Руководство-справочник для учителя. Приложение к основной книге интегрированного экспериментального учебного пособия «Земля». М.: МИРОС, 1994, 96 с.
Андреева Е. Химия жизни. Л.: Дет. лит., 1967, 192 с.
Хмелевский Ю.В., Подберезкина Н.Б. Витамины и возраст человека. Киев: Наук. думка, 1990.
Витамины и здоровье. Ташкент: Медицина, 1982, 64 с.
Поскребышева Г. Минералы на столе: Цинк. Семейный доктор, 1997, № 7, с. 18; № 8, с. 12–13. Кремний. Там же, 1997, № 8, с. 16–17. Фосфор. Там же, 1997, № 9, с. 14–15.
Гельгор В. Еще раз о злополучных солях – нитратах и нитритах. Химия и жизнь, 1988, № 8, с. 50–51.
Андреева Г. Нитраты в картинках. Там же, 1988, № 8, с. 51.
Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии. М.: Просвещение, 1995, 240 с.
Горзов И.П. Фторированная соль. Здоровье, 1990, № 2, с. 11.
Сидоров П. Соль поваренная пищевая. Vita, 1996, № 2, с. 14–15.
Солнышков Ю. Тайна смерти Наполеона. Там же, 1995, № 3, с. 2–6.
Неумывакин И. Действие основных продуктов питания на организм. Там же, 1995, № 2, с. 7.
Жукова Г.Ф. Алый, сахарный и с... нитратами. Здоровье, 1997, № 8, с. 44–45.
Холмогорова Г. Таблица Менделеева в вашем организме. АиФ. Здоровье, 1997, № 10 (135), с. 3.
Вода питьевая. Энциклопедия туриста. М.: Большая рос. энциклопедия, 1993, с. 415.
Майский В.В., Муратов В.К. Фармакология с рецептурой. М.: Медицина, 1985, 448 с.
Егоркин В.Ф., Кирюшкин Д.М., Полосин В.С. Внеклассные практические занятия по химии. М.: Учпедгиз, 1959, 300 с.
Холмогорова Г. Минеральное меню. Крестьянка, 1997, № 3, с. 120–122.
Новиков Ю.В. Природа и человек. М.: Просвещение, 1991, с. 26–29.
Попов С.В. Валеология в школе и дома. О физическом благополучии школьников. СПб.: Союз, 1997, с. 171–178.
Эрл Л. Витамины и минералы. (Сер.: «Ускоренный курс красоты и здоровья».) М.: Диалог, 1996, 111 с.
Колюбина Ю.В. Гармония рН. Химия и жизнь, 1997, № 8–9, с. 23–27.
Эмсли Дж. Элементы. М.: Мир, 1993, 255 с.
Голубчиков С.Н. Биогеохимическая оценка загрязнений российских территорий. Химия (приложение к газете «Первое сентября»), 1997, № 36, с. 4.
Популярная медицинская энциклопедия. 3-е изд., перераб. и доп. под ред. В.И.Покровского. М.: Сов. энциклопедия, 1993, с. 357–359.
Тамбовцева В.И., Фомина О.П., Давыдова И.В. и др. Биохимия материнского молока. Новое в жизни, науке и технике, 1990, № 8, с. 8–13.