Медь. Токсикология

                Содержание

 

Введение                     3

Распространение меди в природе                                            4

Физические свойства меди                                                                                     5

Химические свойства меди                                                                                     5

Физиологическая роль меди                                                                                   6

Индикаторы элементного  статуса меди                                                                8

Пониженное содержание меди в организме                                                         8

Повышенное содержание меди в организме                                                         9

Синергисты и антагонисты  меди                                                                         10

Коррекция недостатка и избытка  меди в организме                                          10

Применение соединений меди                                                                             11

Заключение                                                                                                             12

Список использованной литературы                                                                   13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Введение

 

Медь относится к числу  металлов, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с медью  способствовало то, что она встречается  в природе в свободном состоянии  в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и ее сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры.

Благодаря легкой восстановимости оксидов и карбонатов медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. Латинское название меди происходит от названия острова Кипр (лат. Cuprum), где древние греки добывали медную руду. В древности для обработки скальной породы ее нагревали на костре и быстро охлаждали, причем порода растрескивалась. Уже в этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов – штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется медь, и шлака (сплава окислов).

Сейчас существуют методы, позволяющие получать наночастицы меди, упорядоченные в виде цепей, колец или трехмерных сверхрешеток, которые обладают уникальными физическими свойствами и считаются перспективными материалами для создания плазмонных волноводов для фотонных устройств, химических и биологических сенсоров.

 

 

  Распространение меди в природе.

Среднее содержание меди в земной коре 4,7∙10^-3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее больше (1∙10^-2 %), чем в верхней (2∙10^-3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды меди, имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная медь, карбонаты и оксиды.

Медь – важный элемент  жизни, она участвует во многих физиологических  процессах. Среднее содержание меди в живом веществе 2 ∙ 10^-4 %, известны организмы – концентраторы меди. В таежных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений меди наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало меди, 1∙10^-7 %. Приносимая в океан со стоком медь сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены медью (5,7∙10^-3 %), а морская вода резко недонасыщена медью (3∙10^-7 %).

В морях прошлых геологических  эпох местами происходило значительное накопление меди в илах, приведшее  к образованию месторождений (например, Мансфельд в Германии). Медь энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление медных руд в песчаниках.

Физические свойства меди.

Цвет меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в  тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а = 3,6074 Å; плотность 8,96 г/см³ (20 °С). Атомный радиус 1,28 Å; ионные радиусы Cu⁺ 0,98 Å; Сu²⁺ 0,80 Å; tпл1083 °С; tкип 2600 °С; удельная теплоемкость (при 20 °С) 385,48 дж/(кг∙К), т.е. 0,092 кал/(г ∙ °С). Наиболее важные и широко используемые свойства меди: высокая теплопроводность – при 20 °С 394,279 вт/(м ∙ К.), то есть 0,941 кал/(см ∙ сек ∙ °С); малое электрическое сопротивление – при 20 °С 1,68 ∙ 10^-8 ом ∙ м. Термический коэффициент линейного расширения 17,0 ∙ 10^-6 . Давление паров над медью ничтожно, давление 133,322 н/м² (т.е. 1 мм. рт. ст.) достигается лишь при 1628 °С. Медь диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27 ∙ 10^-6 . Твердость меди 350 Мн/м² (т. е. 35 кгс/мм²); предел прочности при растяжении 220 Мн/м² (т. е. 22 кгс/мм²); относительное удлинение 60 %, модуль упругости 132∙10³ Мн/м² (т.е. 13,2∙10³ кгс/мм²).

 

Химические свойства меди.

По химическим свойствам  медь занимает промежуточное положение  между элементами первой триады VIII группы и щелочными элементами I группы системы Менделеева. Медь, как  и Fe, Co, Ni, склонна к комплексообразованию, дает окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды и т. д. Сходство с щелочными металлами незначительно. Так, медь образует ряд одновалентных соединений, однако для нее более характерно 2х-валентное состояние. Соли одновалентной меди в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений 2х-валентной меди; соли 2х-валентной меди, напротив, хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы.

Гидратированные ионы Cu²⁺ окрашены в голубой цвет. Известны также соединения, в которых медь 3х-валентна. Так, действием пероксида натрия на раствор куприта натрия Na₂CuO₂ получен оксид Сu₂О₃ – красный порошок, начинающий отдавать кислород уже при 100 °С. Сu₂О₃ – сильный окислитель (например, выделяет хлор из соляной кислоты).

 

Физиологическая роль меди.

В организм медь поступает  в основном с пищей. В некоторых  овощах и фруктах содержится от 30 до 230 мг меди. Много меди содержится в морских продуктах, бобовых, капусте, картофеле, крапиве, кукурузе, моркови, шпинате, яблоках, какао-бобах.

Медь попадает в наш  организм очень часто через сточные  воды химических и фармацевтических производств. Например, при производстве витамина В₂ в сточных водах содержится 65 мг/л меди. Правда, сейчас учеными Института органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН разработан метод очистки стоков, снижающий содержание в них меди с 65 до 0,15 мг/л.

В желудочно-кишечном тракте абсорбируется до 95 % поступившей в организм меди (причем в желудке ее максимальное количество), затем в двенадцатиперстной кишке, тощей и подвздошной кишке. Лучше всего организмом усваивается двухвалентная медь. В крови медь связывается с сывороточным альбумином (12 – 17 %), аминокислотами - гистидином, треонином, глутамином (10 – 15 %), транспортным белком транскуприном (12 - 14 %) и церулоплазмином (до 60 – 65 %).

Считается, что оптимальная  интенсивность поступления меди в организм составляет 2-3 мг/сутки. Дефицит  меди в организме может развиваться при недостаточном поступлении этого элемента (1 мг/сутки и менее), а порог токсичности для человека равен 200 мг/сутки.

Медь способна проникать  во все клетки, ткани и органы. Максимальная концентрация меди отмечена в печени, почках, мозге, крови, однако медь можно обнаружить и в других органах и тканях.

Ведущую роль в метаболизме  меди играет печень, поскольку здесь  синтезируется белок церулоплазмин, обладающий ферментативной активностью и участвующий в регуляции гомеостаза меди.

Медь является жизненно важным элементом, который входит в состав многих витаминов, гормонов, ферментов, дыхательных пигментов, участвует  в процессах обмена веществ, в  тканевом дыхании и т.д. Медь имеет  большое значение для поддержания  нормальной структуры костей, хрящей, сухожилий (коллаген), эластичности стенок кровеносных сосудов, легочных альвеол, кожи (эластин). Медь входит в состав миелиновых оболочек нервов. Действие меди на углеводный обмен проявляется посредством ускорения процессов окисления глюкозы, торможения распада гликогена в печени. Медь входит в состав многих важнейших ферментов, таких как цитохромоксидаза, тирозиназа, аскорбиназа и др. Медь присутствует в системе антиоксидантной защиты организма, являясь кофактором фермента супероксиддисмутазы, участвующей в нейтрализации свободных радикалов кислорода. Этот биоэлемент повышает устойчивость организма к некоторым инфекциям, связывает микробные токсины и усиливает действие антибиотиков. Медь обладает выраженным противовоспалительным свойством, смягчает проявления аутоиммунных заболеваний (напр., ревматоидного артрита), способствует усвоению железа.

Токсическая доза для человека: более 250 мг.

Летальная доза для человека: нет данных.

Индикаторы элементного  статуса меди.

Оценку содержания меди в  организме определяют по результатам  исследований крови, мочи, волос. Средняя  концентрация меди в плазме крови  составляет 0,75 - 1,3 мг/л, в моче 2 - 25 мг/л, в волосах 7,5 - 20 мг/кг. Об обмене меди можно судить с помощью определения уровня церулоплазмина в сыворотке крови, а также по активности медьсодержащих ферментов.

 

Пониженное содержание меди в организме.

Причины дефицита меди:

• недостаточное поступление;
• длительный прием кортикостероидов, нестероидных противовоспалительных препаратов, антибиотиков;
• нарушение регуляции обмена меди.

Основные проявления дефицита меди:

• торможение всасывания железа, нарушение гемоглобинообразования, угнетение кроветворения, развитие микроцитарной гипохромной анемии;
• ухудшение деятельности сердечно-сосудистой системы, увеличение риска ишемической болезни сердца, образование аневризм стенок кровеносных сосудов, кардиопатии;
• ухудшение состояния костной и соединительной ткани, нарушение минерализации костей, остеопороз, переломы костей;
• усиление предрасположенности к бронхиальной астме, аллергодерматозам;
• дегенерация миелиновых оболочек нервных клеток, увеличение риска развития рассеянного склероза;
• нарушение пигментации волос, витилиго;
• увеличение щитовидной железы (гипотиреоз, дефицит тироксина);
• задержка полового развития у девочек, нарушение менструальной функции, снижение полового влечения у женщин, бесплодие;
• развитие дистресс-синдрома у новорожденных;
• нарушение липидного обмена (атеросклероз, ожирение, диабет);
• угнетение функций иммунной системы;
• ускорение старения организма.

 

      Повышенное содержание меди в организме.

Повышенное содержание соединений меди в организме весьма токсично для человека.

Причины избытка меди:

• избыточное поступление в организм (вдыхание паров и пыли соединений меди в условиях производства, бытовые интоксикации растворами соединений меди, использование медной посуды);
• нарушение регуляции обмена меди.

Основные проявления избытка меди:

• функциональные расстройства нервной системы (ухудшение памяти, депрессия, бессонница);
• при вдыхании паров может проявляться "медная лихорадка" (озноб, высокая температура, проливной пот, судороги в икроножных мышцах);
• воздействие пыли и окиси меди может приводить к слезотечению, раздражению конъюнктивы и слизистых оболочек, чиханию, жжению в зеве, головной боли, слабости, болям в мышцах, желудочно-кишечным расстройствам;
• нарушения функций печени и почек;
• поражение печени с развитием цирроза и вторичным поражением головного мозга, связанным с наследственным нарушением обмена меди и белков (болезнь Вильсона-Коновалова);
• аллергодерматозы;
• увеличение риска развития атеросклероза;
• гемолиз эритроцитов, появление гемоглобина в моче, анемия.

 

Синергисты и антагонисты  меди.

Усиленный прием молибдена  и цинка может привести к дефициту меди. Кадмий, марганец, железо, антациды, танины, аскорбиновая кислота способны снижать усвоение меди. Цинк, железо, кобальт (в умеренных физиологических  дозах) повышают усвоение меди организмом. В свою очередь, медь может тормозить  усвоение организмом железа, кобальта, цинка, молибдена, витамина А. Оральные контрацептивы, гормональные средства, препараты кортизона способствуют усиленному выведению меди их организма.

 

                  Коррекция недостатка и избытка меди в организме.

Для купирования дефицита меди можно использовать продукты богатые  медью, особенно шоколад, какао, авокадо, морепродукты, печень, а также медьсодержащие препараты и БАД к пище.

При избыточном накоплении меди используют как диетотерапию, так и гепатопротекторы, желчегонные средства, БАД и препараты, содержащие цинк, бор, молибден. В случаях выраженной интоксикации применяют комплексообразователи, хелатообразующие препараты (D-пеницилламин, купренил , металкоптаза и др.).