Біогенні s-елементи; біологічна роль, застосування в медицині

Заняття №1

 

Тема: «Біогенні s-елементи; біологічна роль, застосування в медицині».

 

Актуальність  теми: Всі організми, їх тканини і органи містять в тій чи іншій кількості всі відомі хімічні елементи. Маса людського організму на 96% складається з чотирьох елементів (C, H, O, N); ще 3% складають Ca, P, K, S. Тільки 1% маси припадає на I, Fe, Na, Cl, Mg, Cu, Mn, Co, Zn і інші елементи. За кількісним вмістом хімічних елементів їх умовно поділяють на макроелементи (> 10^-2%), мікроелементи (10^-3-10^-12%), ультрамікроелементи (<10^-12%). Така класифікація не вказує на роль і значення в організмі того чи іншого елемента. При різних патологічних станах спостерігаються зміни кількості мікроелементів в тканинах (наприклад, при інфаркті міокарда знижується рівень цинку в плазмі крові і підвищується вміст купруму в ішемічному вогнещі інфаркта; при гіпертонії вміст літію в крові і еритроцитах зменшується більше ніж в два рази). Для нормального протікання фізіологічних процесів потрібне нормальне насичення організму мікроелементами, при якому вміст мікроелементів повністю задовольняє потребу біохімічних структур в тому чи іншому елементі (Г.А. Бабенко). s-елементи застосовуються як фармакопейні препарати:

NaCl, - для приготування ізотонічного розчину та інших сольових плазмозамінників;

KCl – при гіпокаліємії, внаслідок прийому діуретинів; антиаритмічний засіб;

MgO – антацидний засіб при підвищенні кислотності шлункового соку, при отруєнні кислотами, складова частина препарату «Альмагель», а також як антидот при отруєнні Арсеном;

MgSO₄ x 7H₂O – в’яжучий та антацидний засіб;

CaCl₂ x 6H₂O – при посиленому виведенні Ca²⁺ з організму, при алергічних захворюваннях, як засіб, що зменшує проникність судин, як кровоспинний засіб, як антидот при отруєнні солями магнію;

BaSO₄ – рентгенконтрасний засіб при рентгеноскопії шлунка та кишечника.

 

Навчальні цілі:

Знати: Різні підходи до класифікації хімічних елементів, що складають організм людини; макро- і мікроелементи; особливості хімічних властивостей s-елементів пов’язані з будовою їх атомів; біороль і застосування в медицині сполук s-елементів; аналітичні реакції на катіони s-елементів.

Вміти: проводити якісні реакції на окремі s-елементи (реакції на полум’я йонів K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺; дія розчину хромату калію на Sr²⁺, Ba²⁺);

Базові  знання, вміння, навички, необхідні  для вивчення теми

Дисципліна	Знати	Вміти
Медична біологія	Макро- і мікроелементи. Біогенні елементи. Біороль Na, K, Ca в організмі людини.
Неорганічна хімія	Основні класи  неорганічних сполук. Будова атомів s-елементів Ступінь окиснення  елемента. Хімічні властивості  металів.	Виконувати якісні реакції методом напівмікроаналізу. Записувати рівняння реакцій в молекулярній і йонній формах.

 

Самостійна  позааудиторна робота студентів.

 

1. Загальні відомості про біогенні елементи. Якісний та кількісний вміст біогенних елементів в організмі людини.
2. Макро-, мікроелементи та домішкові (ультрамікроелементи). Органогени.
3. Вчення В. Вернадського про біосферу та роль живої речовини (живих організмів)
4. Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в довкіллі.
5. Електронна структура та електронегативність s- елементів.
6. Типові хімічні властивості s- елементів та їх сполук.
7. Аналітичні реакції йонів K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺.
8. Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в організмі людини. Біологічна роль Li, Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba.
9. Застосування сполук s-елементів в медицині. Лікарські препарати, що містять s-елементи.
10. Токсична дія сполук.

Контрольні  питання.

1. Що таке біогенні елементи, макро- і мікроелементи?
2. Зв’язок між вмістом біогенних елементів в організмі людини та їх вмістом в довкіллі.
3. Як за зміною забарвлення полум’я визначити присутність s-елементів у зразку?
4. Якими якісними реакціями можна визначити присутність K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺.
5. Вміст окремих s-елементів в організмі, їх топографія в тканинах і органах.
6. Природні сполуки s-елементів, їх роль в організмі людини і застосування в медицині.
7. Біороль K⁺, Na⁺ в організмі.
8. Біороль Mg²⁺, Ca²⁺ в організмі.
9. Сполуки  s- елементів, які застосовуються як медичні препарати, для рентгенодіагностики. Поняття про фізіологічний розчин.
10. Напишіть рівняння реакцій за схемою перетворень:

Ca®CaO®Ca(OH)₂®CaCO₃®Ca(HCO₃)₂

Na₂O®Na₂SO₃®Na₂SO₄®NaCl

Ba®Ba(OH)₂®BaCO₃®BaSO₄

 

11 Заповнити  таблицю:

Елемент, вміст  в організмі людини, добова потреба	Біологічна роль	Застосування  в медицині	Лікарські препарати

Самостійна робота на занятті.

Виконати лабораторні  роботи:

1. Реакції на полум’я.
2. Характерні реакції Ba²⁺, Sr²⁺.

Методика виконання  лабораторної роботи

Робота 1. Реакції на полум’я.

В 6 пробірок вносять  по декілька крапель розчинів солей Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba.

Занурюють почергово  платиновий або ніхромовий дріт у  розчин солі і вносять у нижню  частину газового пальника. Спостерігають зміну забарвлення полум’я.

 

Робота 2. Характерні реакції катіонів Sr²⁺ і Ba²⁺ з хроматом калію.

В дві пробірки вносимо по 2-3 краплі розчину хромату  калію. В першу додаємо таку ж  кількість краплин розчину солі стронцію, а в другу – розчину солі барію. Що спостерігаєте? Першу пробірку для утворення осаду нагріти.

Хромат стронцію утворюється при нагріванні, хромат барію – при звичайній температурі. Записати рівняння реакцій.

 

Результати експерименту оформити у вигляді таблиці:

 

№ п/п	Назва лабораторної роботи	Методика виконання лабораторної роботи	Спостереження, рівняння реакцій, розрахунки, графіки	Висновки

 

Література:

1. Хухрянский В.Г. Химия биогенных элементов., К., 1984.
2. Глінка М.Л. Загальна хімія., К., 1982.
3. Хімія. Під ред. Слободяника М.С., К., 2003.

Заняття № 2

 

Тема: «Біогенні р-елементи; біологічна роль, застосування в медицині».

 

Актуальність  теми: р-елементи відіграють важливу роль у життєдіяльності людини. П’ять р-елементів (C, O, N, P, S, Cl) відносяться до органогенів, що відіграють в організмі роль пластичного матеріалу, а також створюють фізико-хімічні умови для протікання фізіологічних процесів (рН середовище, осмотичний тиск і т.п.). Інші є важливими мікроелементами (B, Al, F, I, інші). Сполуки більшості р-елементів проявляють біологічну активність і застосовуються в медицині як лікарські препарати (нашатирний спитр, АТФ, натрія тіосульфат, фізіологічний розчин; солі брому, спиртовий розчин йоду). Сполуки деяких р-елементів є сильними отрутами (фториди, озон, сірководень, білий фосфор, галогени, сполуки Pb, As, Se, Te). Фармакопейні препарати р-елементів:

NaNO₂ – спазмолітичний засіб, антидот при отруєнні ціанідами;

Na₂SO₄ х 10H₂O – послаблюючий засіб;

Na₂S₂O₃ х 5H₂O – детоксикуючий, десенсибілізуючий засіб;

NaHCO₃ – антацидний засіб при підвищенні кислотності шлункового соку.

 

Навчальні цілі:

Знати:

а). електронну структуру  та електронегативність р-елементів;

б). типові хімічні  властивості р-елементів та їх сполук (реакції без зміни ступеня  окиснення);

в). зв’язок між місцезнаходженням р-елементів в періодичній системі та біороллю і застосуванням в медицині сполук р-елементів;

г). токсичну дію  сполук;

д). проблеми забруднення  та очищення біосфери від токсичних  хімічних сполук техногенного походження.

е). ендемічні захворювання їх зв’язок з особливостями біогеохімічних провінцій (районів з природним дефіцитом або надлишком певних хімічних елементів в літосфері);

є). аналітичні реакції на катіони р-елементів.

Вміти:

проводити якісні реакції на окремі р-елементи (реакції  йонів SO₄^2-, СO₃^2-, S₂O₃^2-, NO₂^-, Hal^-);

Базові знання, вміння, навички, необхідні для вивчення теми

Дисципліна	Знати	Вміти
Медична біологія	Макро- і мікроелементи. Біогенні елементи. Біороль C, O, N, P, S, F, I в організмі людини.
Неорганічна хімія	Основні класи неорганічних сполук. Будова атомів p-елементів. Ступінь окиснення  елемента. Хімічні властивості  р-елементів.	Виконувати якісні реакції методом напівмікроаналізу. Записувати рівняння реакцій в молекулярній і йонній формах. Складати електронний  баланс окисно-відновного процесу.

 

Самостійна  позааудиторна робота студентів.

1. Загальна характеристика р-елементів, можливі ступені окиснення, властивості їх сполук.
2. Аналітичні реакції на аніони SO₄^2-, S₂O₃^2-, CO₃^2-, NO₂^-, Cl^-, Br^-, I^-.
3. Біологічна роль р-елементів в організмі людини. Елементи-органогени і мікроелементи, їх вплив на процеси метаболізму.
4. Застосування сполук р-елементів в медицині,.
5. Лікарські препарати р-елементів.
6. Ендемічні захворювання їх зв’язок з особливостями біогеохімічних провінцій (районів з природним дефіцитом або надлишком певних хімічних елементів в літосфері).

7. Проблеми забруднення  та очищення біосфери від токсичних  хімічних сполук техногенного  походження.

Контрольні  питання.

1. Які особливості будови атомів р-елементів, можливі ступені окиснення, характер їх оксидів і гідратів оксидів? Амфотерні гідроксиди.
2. Природні сполуки р-елементів, їх роль в організмі і застосування в медицині.
3. Застосування сплавів бору, алюмінію, галію, індію в медицині, стоматології.
4. Карбон і Сіліцій в організмі, застосування сполук елементів IV A групи в медицині.
5. Нітроген і Фосфор як органогени. Токсичність сполук As, Sb, Bi, Pb, Se, Te, Tl.
6. Біологічна роль елементів V А групи, озон, оксигенотерапія. Сульфур і його сполуки, застосування їх в медицині.
7. Біологічна роль галогенів, застосування їх солей як медичних препаратів.
8. Запобігання виникнення антрикозу, силікозу, флюорозу і ендемічного зобу.
9. Напишіть рівняння реакцій за схемою перетворень:

Cl₂®HCl®KCl®AgCl®[Ag(NH₃)₂]Cl

CO₂®CaCO₃®CaI₂®HI®AgI

10. Напишіть рівняння реакцій H₂SO₄ з алюміній оксидом, кальцій гідроксидом, натрій карбонатом, барій хлоридом.
11. Напишіть формули можливих оксидів Фосфору та рівняння реакцій взаємодії їх з водою і калій гідроксидом.

12.Заповнити  таблицю:

Елемент, вміст  в організмі людини, добова потреба	Біологічна роль	Застосування  в медицині	Лікарські препарати

 

Самостійна робота на занятті.

Виконати лабораторні  роботи:

1. Якісна реакція на SO₄^2-.
2. Реакції на полум’я.
3. Характерні реакції Ba²⁺, Sr²⁺.

Методика виконання  лабораторної роботи

 

Робота  1. Якісна реакція на SO₄^2-.

В пробірку внести декілька крапель розчину сульфату натрію і додати 1 краплю розчину хлориду барію. Записати рівняння реакції і спостереження.

 

Робота  2. Виявлення аніону S₂O₃^2-.

В пробірку внести декілька крапель розчину тіосульфату натрію і додати 1 краплю розчину хлоридної кислоти. Записати рівняння реакції і спостереження.