Железо и его применение

Содержание

Содержание 2

Введение 4

ЖЕЛЕЗО 7

Биологическая роль железа 8

Метаболизм железа 9

Потребности в  железе организма человека 16

Пищевые источники  железа 17

Токсичность железа 18

Оценка статуса  железа в организме человека 18

Пониженное  содержание железа в организме 18

Причины дефицита железа 20

Основные проявления дефицита железа 21

Повышенное  содержание железа в организме 22

Причины избытка  железа 22

Основные проявления избытка железа 23

Определение концентрации железа в крови 23

Синергисты  и антагонисты железа 23

Коррекция недостатка и избытка железа в организме 24

Применение  соединений железа 25

ЛИТЕРАТУРА 27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

На грани химии, биологии и медицины возникла новая научная  область – бионеорганическая  химия. Бионеорганическая химия рассматривает роль металлов в возникновении и развитии различных процессов в здоровом и больном организме, создаёт новые эффективные препараты на основе металлоорганических соединений, активно участвует в борьбе за сохранение здоровья людей и продление человеческой жизни.

Особенно чутко организм реагирует на изменение концентрации микроэлементов, т.е. элементов, присутствующих в организме в количестве меньше одного грамма на 70кг массы человеческого  тела. К таким элементам относятся  медь, цинк, марганец, кобальт, железо, никель, молибден.

Доказано, что с изменением концентрации цинка связано течение  раковых заболеваний, кобальта и  марганца – заболевание сердечной  мышцы, никеля – процессов свёртывания  крови. Определение концентрации этих элементов в крови позволяет иногда обнаружить ранние стадии различных заболеваний. Так, изменение концентрации цинка в сыворотке крови связано с протеканием заболевания печени и селезёнки, а концентраций кобальта и хрома – некоторых сердечно-сосудистых заболеваний.

По мнению специалистов, современное человечество, особенно в больших городах, живёт на грани скрытой нехватки многих элементов. В стрессовых ситуациях скрытая нехватка может стать явной и привести к появлению тяжёлых заболеваний. Так, например, скрытое течение рака может продолжаться от 5 до 
40 лет, что, возможно, обусловлено постепенным изменением концентрации микроэлементов вследствие старения организма. С другой стороны, существуют предположения о том, что целенаправленное изменение концентрации различных элементов в организме может быть использовано для продления жизни человека.

В настоящее время  известно более ста химических элементов, однако только небольшое число из них входит в состав живого на планете  Земля. Ниже представлены основные элементы, играющие особо важную роль в физиологических и патологических процессах в организме человека.

« Элементы жизни » : 10 металлов (Na, K, Mg, Ca, Zn, Cu, Co, Mn, Fe, 
Mo) и 6 неметаллов (H, O, N, C, P, S), составляющие основу биологически важных молекул и макромолекул. Далее, элементы находящиеся в небольших количествах в живых организмах и растениях (B, Cr, F, Cl, Br, 
I).

В организме человека уже давно и точно определился  баланс оптимальных концентраций биологически важных соединений между их поступлением и выведением в результате жизнедеятельности.

Исходя из современной  квантомеханической интерпретации  периодической системы, классификация  элементов проводится в соответсвии  с их электронной конфигурацией. Она основана на степени заполнения различных электонных орбиталей(s, p, d, f) электронами. В соответствии с этим элементы подразделяют на s-,p-, d-,f- элементы.

В организме человека присутствуют в основном ионы лёгких металлов 
Na+,K+,Mg2+,Cu2+, относящихся к s-элементам, и ионы 
Mn2+,Fe2+,Co3+,Cu2+,Zn2+ относящиеся к d-элементам. И только содержащийся в организме тяжёлый d-элемент молибден (Мо) – нарушает общую биогеохимическую установку – построение биологических структур только из лёгких элементов. Все эти металлы встречаются в нашем организме в виде твёрдых соединений или в виде их водных растворов.

Исследование физиологической  роли металлов, а также их значения в диагностике, профилактике и лечении  болезней является одним из новых  направлений в медицинской науке. Наиболее показательно при этом изучение состава металлов в крови человека. Процессы превращения 
(метаболические процессы) протекают здесь наиболее интенсивно. Средняя продолжительность жизни большинства элементов крови составляет не более нескольких часов или суток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЖЕЛЕЗО

Железо — химический элемент VIII группы с атомным номером 26 в периодической системе, обозначается символом Fe (лат. Ferrum).

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. В чистом виде пластичный переходный металл, с давних пор широко применяемый человеком. В промышленности железо широко применяется в виде множества различных сталей и сплавов.

Имеется несколько версий происхождения славянского слова «железо». Одна из версий связывает это слово с санскритским «жальжа», что означает «металл, руда». Другая версия усматривает в слове славянский корень «лез», тот же, что и в слове «лезвие» (так как железо в основном употреблялось на изготовление оружия). Европейские iron (англ.), происходят от санскритского «исира» - крепкий, сильный. Латинское ferrum происходит от fars — быть твёрдым. Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от лат. sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения.

Железо известно с  древнейших времён. Древнейшие изделия  из железа найденные при археологических  раскопках датируются примерно IV тыс. до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Изделия из железа того времени это наконечники для стрел и украшения. В них использовалось метеоритное железо, точнее, сплав железа и никеля, из которого состоят метеориты.

Железо издревле использовалось в качестве лекарства. В папирусах Египта ржавчина предписывалась в качестве мази от облысения. В XVII веке стали применять железо для лечения хлороза, который является следствием его дефицита.

Биологическая роль железа

Железо – один из наиболее широкораспространенных в природе металлов.

Важная роль железа для  организма человека установлена  еще в XVIII в. Железо незаменимо в процессах  кроветворения и внутриклеточного обмена. Этот элемент входит в состав гемоглобина крови, отвечающего  за транспорт кислорода и выполнение окислительных реакций. Железо, являясь составной частью миоглобина и гемоглобина, входит в состав цитохромов и ферментов, принимающих участие в окислительно-восстановительных реакциях.

Из 4 г железа, содержащегося  в организме взрослого человека, большая часть (около 2,5 г - примерно 55-60% запасов железа в организме) приходится на гемоглобин, около 0,4 г (10 до 24%) - активное железо, входящее в состав различных гемопротеидов, участвует в формировании красящего вещества мышц (миоглобина). Остальная часть железа (примерно 21%) находится в депонированном состоянии, то есть откладывается "про запас" в печени и селезенке.

Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментативных реакциях, в обеспечении  иммунных функций, в метаболизме  холестерина.

Железистые соединения вовлечены в многочисленные окислительно-восстановительные  реакции, начинающиеся с восстановления водорода и его объединения в  углеводы в процессе фотосинтеза. Аэробный метаболизм зависим от железа из-за его роли в функциональных группах большинства ферментов цикла Кребса, как электронного транспортера в цитохромах и как способ транспорта O 2 и CO 2 в гемоглобине.

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.

Недостаток железа вызывает развитие железодефицитной анемии, в основе которой лежит причина, связанная  с нехваткой ионов железа для  синтеза гемоглобина.

Увеличение количества запасов  железа может наблюдаться при  перемещении железа из эритроцитов  в депо. Эти изменения происходят при анемиях, кроме тех, которые являются железодефицитными. Истинное увеличение количества общего железа в организме наблюдается у пациентов с гемохроматозом, трансфузионным гемосидерозом или, редко, после чрезмерного длительного приема препаратов железа.

Метаболизм  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%.

Среднее ежедневное потребление железа в Европе – 10–30 мг (5–7 мг на 1000 калорий). При этих оценках не учитывается содержание железа в напитках и его добавка или потеря в процессе приготовления пищи. Железная посуда вносит значительный вклад в содержание железа в приготавливаемых блюдах. Замена стали алюминием и пластмассой имела неблагоприятный эффект на поступление железа с пищей.

Количество железа в организме  изменяется в зависимости от веса, концентрации гемоглобина, пола и размера  депо. Самое большое депо – гемоглобин, в частности в циркулирующих  эритроцитах. Запасы железа здесь варьируют в соответствии с массой тела, полом и концентрацией гемоглобина крови и составляют примерно 57% от всего железа, содержащегося в организме человека. Например, человек, весящий 50 кг, чья концентрация гемоглобина крови – 120 г/л имеет содержание гемового железа 1,1 г. Количества негемового запаса железа, содержащегося в форме ферритина и гемосидерина также зависит от возраста, пола, размера тела, а кроме того, от его потери (от кровотечения), беременности или перегрузки железом (при гемохроматозе). Тканевой пул железа включает миоглобин и крошечную, но эссенциальную фракцию железа в ферментах. Примерно 9% железа содержится в в миоглобине. Существует "лабильный пул" – быстрый компонент рециркуляции, который не имеет определенного анатомического или клеточного местоположения.

Транспорт железа связан с трансферрином. Этим путем обычно проходит 20–30 мг железа в сутки.

Ежедневные потери железа составляют примерно 1 мг в день. В основном они  осуществляются через пищеварительный  тракт: десквамация эпителиальных клеток кишечника (0,3 мг/сут), микрокровотечения и потери с желчью. Железо также теряется при десквамации эпителиальных клеток кожи и в меньшей степени с мочой (менее 0,1 мг/сут).

У здоровых людей компенсация этих потерь происходит путем абсорбции железа из пищи. Нормальный баланс железа поддерживается в значительной степени регулированием его всасывания. Поступившее неорганическое железо, солюбилизируется и ионизируется кислым желудочным соком, а также редуцируется до железистой и хелатной форм. Вещества, которые формируют низкомолекулярное хелатное железо (такие как аскорбиновая кислота, сахар и аминокислоты), способствуют всасыванию железа. Нормальная желудочная секреция содержит фактор стабилизации и вероятно эндогенный комплекс, который помогает замедлить осаждение поступающего с пищей железа в щелочном pH тонкой кишки.

Нарушенное всасывание железа при  ахлоргидрии или у пациентов  с гастрэктомией может быть связано  с уменьшенной солюбилизацией и  хелатообразованием железа пищи.

Двухвалентная форма железа более растворима, чем трехвалентная его форма. Таким образом, двухвалентное железо легче пересекает слизистый слой с тем, чтобы достигнуть щеточной каймы тонкой кишки. Там оно окисляется до трехвалентного железа прежде, чем поступит в энтероцит.

В мембране эпителиальной клетки железо связывается с рецепторным белком, который перемещает его в клетку. Апотрансферрин цитозоля кишечных эпителиоцитов  может ускорять абсорбцию железа. Скорость увеличивается при дефиците железа и, вероятно, это играет регулирующую роль, облегчая всасывание железа, когда потребность в нем увеличивается.

Большая часть железа, которое абсорбируется  из просвета кишки, быстро проникает  через эпителиоциты в форме небольших  молекул. Железо, поступившее в плазму, окисляется церулоплазмином, который функционирует как ферроксидаза, и затем захватывается трансферрином. Часть цитозольного железа, которая превышает быструю транспортную вместимость, объединяется с апоферритином, формируя ферритин. Некоторое количество железа из ферритина позже может быть пущено в циркуляцию, но большее количество остается в клетках слизистой оболочки, пока они не слущиваются в просвет кишечника. Прямое поступление железа в лимфатические сосуды незначительно.

В ЖКТ абсорбируется всего 1 мг/сут  железа. Поэтому основная потребность в железе удовлетворяется за счет его реутилизации из распадающихся эритроцитов, поддерживая постоянство баланса железа в организме, причем процессы реутилизации протекают достаточно интенсивно.

После абсорбции из ЖКТ  железо транспортируется в плазму в основном в форме железа связанного с трансферрином. В дальнейшем комплекс железо-трансферрин взаимодействует с рецептором 1 трансферрина (RTf1), присутствующим в различных органах, в частности печени и эритропоетических клетках.

Период полужизни комплекса  железо-трансферрин не превышает 60-90 мин. При усиленном эритропоэзе  период полужизни комплекса сокращается  до 10-15 мин. В нормальных условиях большая  часть железа (поступающего из кишечника (5%) и из рециклажа старых эритроцитов системы мононуклеарных макрофагов (95%)), транспортируемого троансферрином, переводится в костный мозг, где оно участвует в синтезе гемоглобина.

В костном мозге комплекс железо-трансферрин проникает в  цитоплазму предшественников эритроцитов, в которых железо высвобождается из комплекса и встраивается в порфириновое кольцо гема. Гем включается в гемоглобин и в составе нового эритроцита железо покидает костный мозг.