Capítulo 11. ASPECTOS ECOLÓGICOS DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

Capítulo 11. ASPECTOS ECOLÓGICOS DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

Los elementos químicos son uno de los componentes del retrato ecológico de una persona.

AV. rocoso

11.1. PROBLEMAS ACTUALES DEL DESARROLLO SOSTENIBLE DE LA BIOSFERA DE RUSIA

La contaminación antropogénica del medio ambiente tiene un impacto significativo en la salud de las plantas y los animales (Ermakov V.V., 1995). La producción anual de vegetación terrestre mundial antes de su perturbación por el hombre tenía un valor cercano a las 172 10 9 toneladas de materia seca (Bazilevich NI, 1974). Como resultado del impacto, su producción natural ahora ha disminuido en al menos un 25% (Panin M.S., 2006). En las publicaciones de V.V. Ermakova (1999), Yu.M. Zakharova (2003), I. M. Donnik (1997), MS Panina (2003), G.M. Hove (1972), DR. Burkitt (1986) et al., mostraron la creciente agresividad de los impactos antropogénicos sobre el medio ambiente (OS) que se producen en los territorios de los países desarrollados.

VIRGINIA. Kovda, allá por 1976, proporcionó datos sobre la relación de los ciclos biogeoquímicos naturales y la contribución antropogénica a los procesos naturales; desde entonces, los flujos tecnogénicos se han incrementado. Según sus datos, los flujos biogeoquímicos y tecnogénicos de la biosfera se estiman con los siguientes valores:

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), de los más de 6 millones de compuestos químicos conocidos, se utilizan hasta 500.000, de los cuales 40.000 tienen propiedades nocivas para los humanos y 12.000 son tóxicos. Para el año 2000, el consumo de materias primas minerales y orgánicas aumentó dramáticamente y llegó a 40-50 mil toneladas por habitante de la Tierra. En consecuencia, los volúmenes de residuos industriales, agrícolas y domésticos están aumentando. A principios del siglo XXI, la contaminación antropogénica ha llevado a la humanidad al borde de una catástrofe ecológica (Ermakov V.V., 2003). Por lo tanto, el análisis del estado ecológico de la biosfera rusa y la búsqueda de formas de rehabilitación ecológica de su territorio son muy relevantes.

En la actualidad, se generan anualmente alrededor de 7 mil millones de toneladas de desechos en las empresas de las industrias minera, metalúrgica, química, maderera, energética, de materiales de construcción y otras industrias de la Federación Rusa. Solo se utilizan 2 mil millones de toneladas, o el 28% del volumen total. En este sentido, solo en los botaderos y depósitos de lodos del país se han acumulado cerca de 80 mil millones de toneladas de residuos sólidos. Unas 10 mil hectáreas de tierra apta para la agricultura son enajenadas anualmente para rellenos sanitarios para su almacenamiento. La mayor cantidad de residuos se obtiene durante la extracción y enriquecimiento de las materias primas. Así, en 1985, el volumen de estéril, rocas asociadas y relaves en diversas industrias de la URSS fue de 3.100 y 1.200 millones de m 3, respectivamente. Se genera una gran cantidad de residuos durante la recolección y el procesamiento de las materias primas madereras. En los sitios de explotación, los desechos representan hasta el 46,5% del volumen total de madera exportada. En nuestro país se generan anualmente más de 200 millones de m 3 de residuos de madera. En las empresas de metalurgia ferrosa se producen algo menos residuos: en 1984, la producción de escoria líquida ascendió a 79,7 millones de toneladas, incluidos 52,2 millones de toneladas de alto horno, 22,3 millones de toneladas de acero y 4,2 millones de toneladas de ferroaleaciones. En el mundo, los metales no ferrosos se funden anualmente aproximadamente 15 veces menos que los ferrosos. Sin embargo, en la producción de metales no ferrosos en el proceso de enriquecimiento del mineral, se forman de 30 a 100 toneladas de relaves triturados por 1 tonelada de concentrados, y durante la fundición del mineral

por 1 tonelada de metal: de 1 a 8 toneladas de escoria, lodo y otros desechos (Dobrovolsky IP, Kozlov Yu. E. et al., 2000).

Cada año, las empresas químicas, alimentarias, de fertilizantes minerales y otras industrias generan más de 22 millones de toneladas de residuos que contienen yeso y alrededor de 120-140 millones de toneladas de lodos de depuradora (en forma seca), de los cuales aproximadamente el 90% se obtienen neutralizando aguas residuales industriales. Más del 70% de los montones de desechos en Kuzbass están en llamas. A una distancia de varios kilómetros de ellos, las concentraciones de SO 2 , CO, CO 2 aumentan significativamente en el aire. La concentración de metales pesados ​​​​en suelos y aguas superficiales aumenta considerablemente, y en las áreas de minas de uranio: radionucleidos. La minería a cielo abierto conduce a alteraciones del paisaje, que son proporcionales en escala a las consecuencias de los grandes desastres naturales. Por lo tanto, se formaron numerosas cadenas de sumideros profundos (hasta 30 m) en el área minera de Kuzbass, que se extienden por más de 50 km, con un área total de hasta 300 km 2 y volúmenes de hundimiento de más de 50 millones de m 3.

Actualmente, vastas áreas están ocupadas por residuos sólidos de centrales térmicas: cenizas, escorias, de composición similar a los metalúrgicos. Su producción anual alcanza los 70 millones de toneladas. El grado de su uso está dentro del 1-2%. Según el Ministerio de Recursos Naturales de la Federación Rusa, el área total de tierra ocupada por desechos de varias industrias, en su conjunto, supera los 2000 km2.

Anualmente se producen más de 40 mil millones de toneladas de petróleo crudo en el mundo, de las cuales alrededor de 50 millones de toneladas de petróleo y derivados se pierden durante la producción, el transporte y el procesamiento. El petróleo es considerado uno de los contaminantes más extendidos y peligrosos de la hidrosfera, ya que alrededor de un tercio se produce en la plataforma continental. La masa total de productos derivados del petróleo que ingresan anualmente a los mares y océanos se estima aproximadamente en 5 a 10 millones de toneladas.

Según NPO Energostal, el grado de purificación de los gases de escape del polvo de metalurgia ferrosa supera el 80 %, y el grado de utilización de los productos de captura sólidos es solo del 66 %. Al mismo tiempo, el coeficiente de aprovechamiento de los polvos y escorias que contienen hierro es del 72%, mientras que para otros tipos de polvos es del 46%. Prácticamente en todas las empresas, tanto metalúrgicas como térmicas, los problemas de limpieza de gases agresivos con bajo contenido de azufre no se resuelven. Las emisiones de estos gases en la URSS ascendieron a 25 millones de toneladas. Emisiones de gases sulfurosos a la atmósfera solo por la puesta en marcha de instalaciones de limpieza de gases en 53 unidades eléctricas del país

en el período de 1975 a 1983 disminuyó de 1,6 a 0,9 millones de toneladas. Los problemas de neutralización de soluciones galvánicas están mal resueltos. Aún más lentos son los temas de eliminación de residuos generados durante la neutralización y procesamiento de soluciones de decapado usadas, soluciones de producción química y aguas residuales. En las ciudades rusas, hasta el 90 % de las aguas residuales se vierten en ríos y embalses sin tratar. Actualmente se han desarrollado tecnologías que permiten convertir sustancias tóxicas en sustancias poco tóxicas e incluso biológicamente activas que pueden ser utilizadas en la agricultura y otras industrias.

Las ciudades modernas emiten alrededor de 1000 compuestos a la atmósfera y al medio acuático. En la contaminación del aire urbano, uno de los lugares principales lo ocupan los vehículos a motor. En muchas ciudades, los gases de escape representan el 30% y, en algunas, el 50%. En Moscú, aproximadamente el 96 % de CO, el 33 % de NO 2 y el 64 % de hidrocarburos entran en la atmósfera debido al transporte motorizado.

Según los factores de impacto, su nivel, duración de la acción y área de distribución, las provincias biogeoquímicas naturales y tecnogénicas de los Urales se clasifican como áreas con el mayor grado de deterioro ambiental (Ermakov V.V., 1999). En los últimos años, la región de los Urales ha sido líder en términos de emisiones totales de sustancias nocivas a la atmósfera. Según A.A. Malygina et al., los Urales ocupan el primer lugar en Rusia en contaminación del aire y el agua, y el segundo en contaminación del suelo. Según el Comité Estatal de Estadísticas de Rusia, la región de Sverdlovsk en la región de los Urales representa el 31% de todas las emisiones nocivas y el mismo volumen de aguas residuales contaminadas. La participación de la región de Chelyabinsk en la contaminación de la región es del 25%, Bashkortostán - 20%, región de Perm - 18%. Las empresas Urales eliminan 400 millones de toneladas de desechos tóxicos de todas las clases de peligro.

La región de Chelyabinsk es uno de los mayores productores de metales ferrosos del país. Cuenta con 28 empresas del complejo metalúrgico. Más de 10 empresas mineras operan en la región para proveerles de materia prima. A partir de 1993, las empresas metalúrgicas de la región acumularon alrededor de 180 millones de toneladas de escorias de alto horno, 40 millones de toneladas de escorias de fundición de acero y más de 20 millones de toneladas de escorias de producción de ferrocromo, así como una importante cantidad de polvos y lodos. Se ha establecido la posibilidad de transformar los residuos en diversos materiales de construcción para las necesidades de la economía nacional. En la región de Chelyabinsk, 3 veces más

residuos per cápita que en Rusia en su conjunto. En los vertederos de la región se han acumulado más de 2.500 millones de m 3 de rocas diversas, 250 millones de toneladas de escorias y cenizas de centrales térmicas. Del volumen total de sobrecarga, solo se procesa el 3%. En las empresas metalúrgicas, de los 14 millones de toneladas de escorias formadas anualmente, solo se utiliza el 40-42%, de las cuales el 75% son escorias de alto horno, el 4% son de fundición de acero, el 3% son ferroaleaciones y el 17% metalurgia no ferrosa escorias, y solo alrededor del 1% son cenizas TPP. Según I. A. Myakishev, 74.736 toneladas de emisiones gaseosas y líquidas fueron liberadas a la atmósfera de Chelyabinsk en 1997.

La violación de la homeostasis micro y macroelemental en el cuerpo está determinada por la contaminación natural y tecnogénica de la biosfera, lo que conduce a la formación de amplias áreas de microelementosis tecnogénicas alrededor de los complejos territoriales e industriales. La salud no solo de las personas directamente involucradas en el proceso de producción está sufriendo, sino también de quienes viven en el vecindario de las empresas. Como regla general, tienen un cuadro clínico menos pronunciado y pueden tomar una forma latente de ciertas condiciones patológicas. Se muestra que cerca de las empresas industriales ubicadas en la ciudad entre áreas residenciales, las concentraciones de plomo superan los valores de fondo en 14-50 veces, zinc - en 30-40 veces, cromo - en 11-46 veces, níquel - en 8-63 veces veces.

Chelyabinsk es una de las 15 ciudades de Rusia con un nivel constantemente alto de contaminación del aire y ocupa el puesto 12. Un análisis de la situación ambiental y el estado de salud de la población de la ciudad de Chelyabinsk permitió establecer que Chelyabinsk pertenece a las "zonas de emergencia ambiental" en cuanto al nivel de contaminación. La esperanza de vida es de 4 a 6 años menos en comparación con indicadores similares en Rusia (ver Fig. 10.6).

Los residentes que viven durante mucho tiempo en condiciones de contaminación natural y provocada por el hombre están expuestos a concentraciones anormales de elementos químicos que tienen un efecto notable en el cuerpo. Una de las manifestaciones es un cambio en la composición de la sangre, cuya causa es una violación de la ingesta de hierro, oligoelementos (Cu, Co) en el cuerpo, asociada tanto con su bajo contenido en los alimentos como con un Alto contenido en alimentos de compuestos que impiden la absorción de hierro en el tracto gastrointestinal.

Al monitorear parámetros biológicos y veterinarios en 56 granjas en diferentes regiones de los Urales (Donnik I.M., Shkuratova I.A., 2001), se identificaron condicionalmente cinco variantes de territorios, que difieren en características ecológicas:

Territorios contaminados por emisiones de grandes empresas industriales;

Territorios contaminados como resultado de las actividades de la Asociación de Producción de Mayak con radionucleidos de vida larga - estroncio-90 y cesio-137 (trazas radiactivas de los Urales Orientales - EURT);

Territorios que experimentan una carga de empresas industriales y al mismo tiempo se encuentran en la zona EURTS;

Provincias geoquímicas con alto contenido natural de metales pesados ​​(Zn, Cu, Ni) en suelo, agua, así como concentraciones anómalas de radón-222 en el aire subterráneo y agua;

Territorios relativamente favorables en términos ambientales, libres de emprendimientos industriales.

11.2. PRINCIPIO ECOLÓGICO-ADAPTATIVO DEL DESARROLLO SOSTENIBLE DE LA BIOSFERA

La diversidad de los recursos del suelo y el agua en Rusia en términos de indicadores agroquímicos y agrofísicos y su contaminación con diversos contaminantes naturales y tecnogénicos es una barrera que impide que el cuerpo proporcione al cuerpo una composición equilibrada de micro y macroelementos en una forma no biológicamente activa. forma tóxica. La ecología geoquímica se ocupa del estudio de los mecanismos de acción biológica de los micro y macroelementos, así como de las aplicaciones tóxicas en la medicina, la ganadería y la producción agrícola.

La tarea principal de la ecología geoquímica es dilucidar los procesos de adaptación de los organismos a las condiciones ambientales (adaptación), los procesos de migración de elementos químicos, las formas de migración y la influencia de los procesos tecnogénicos, el estudio de los puntos de aplicación de elementos químicos. del medio ambiente a los procesos metabólicos, la identificación de las dependencias causales de las reacciones normales y patológicas de los organismos sobre los factores ambientales medio ambiente. En condiciones naturales y en experimentación constituyen el objetivo final de esta sección de ecología.

(Kowalsky V.V., 1991).

Ecología geoquímica - este es el campo de la ecología de sistemas, donde el principal factor de influencia es un elemento químico y se divide en áreas particulares según el objeto de influencia: la ecología geoquímica de humanos, plantas y animales. La ecología moderna es una ciencia integradora (Reimers N.F., 1990). Vincula la ecología con 28 ciencias naturales.

La contaminación tecnogénica del medio ambiente afecta la esperanza de vida de la población. Actualmente, la tasa de natalidad de la población no siempre supera la tasa de mortalidad. En las condiciones de los Urales del Sur, la tasa de mortalidad es de 16 por cada 1000 personas (Shepelev V.A., 2006).

La etapa moderna de la evolución de la biosfera es la etapa de corrección de la actividad humana tecnogénica y el comienzo de la aparición de tecnologías noosféricas inteligentes (Ermakov V.V., 2003). Lograr un desarrollo sostenible depende, en primer lugar, de la creación y el desarrollo de tecnologías respetuosas con el medio ambiente en la industria y la agricultura. La medicina y la agricultura deben pasar a una estrategia de adaptación a la biosfera, según la cual es necesario tener en cuenta las características bioquímicas del territorio y los principios ecológicos básicos que rigen la autorreproducción de los sistemas vivos. Principio de adaptación ecológica: el principio principal que permite que los ecosistemas naturales mantengan su estado estable indefinidamente, es que la restauración y eliminación de desechos ocurre dentro del ciclo biogeoquímico de los elementos químicos. Dado que los átomos no surgen, no se transforman unos en otros y no desaparecen, se pueden utilizar infinitamente con fines alimentarios, estando en una variedad de compuestos, y su suministro nunca se agotará. El ciclo de elementos que existió durante siglos incluía solo elementos biogénicos. Sin embargo, la extracción de las entrañas de la tierra en las últimas décadas y la dispersión en la biosfera de elementos químicos inusuales para los organismos vivos ha hecho que se incluyan en ciclos biogeoquímicos que involucran a humanos y animales.

Desde la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo en Río de Janeiro en 1992, el desarrollo sostenible se ha convertido en una estrategia principal para el desarrollo nacional e internacional en el campo de la protección del medio ambiente. El desarrollo sostenible es un proceso de cambio en el que la explotación de los recursos, la dirección de la inversión, la orientación del desarrollo tecnológico deben estar en armonía entre sí para satisfacer las necesidades de las personas, tanto ahora como en el futuro. La estrategia de desarrollo sostenible tiene como objetivo satisfacer las necesidades básicas de las personas asegurando el crecimiento económico dentro de los límites ecológicos (ver el diagrama), representado por uno de los aspectos más importantes en el campo de la medicina ambiental: el problema de la rehabilitación ambiental. El primer paso es

El desarrollo principal es el desarrollo de proyectos específicos que pueden convertirse en una poderosa alternativa al modelo de desarrollo actual. En 2002, se celebró una conferencia internacional "Desarrollo sostenible de Chelyabinsk y la región", en la que se reconoció como una de las prioridades un proyecto piloto sobre el uso de complejos metálicos que contienen fósforo. El paso más importante en la rehabilitación ambiental es el desarrollo e implementación de un sistema para prevenir la ocurrencia de anomalías provocadas por el hombre. Tecnologías Low Waste para la regeneración y eliminación de residuos industriales, ácidos inorgánicos y sales de metales de transición utilizando agentes quelantes para la purificación de soluciones industriales para la obtención de complexonatos metálicos para la medicina, la agricultura y la industria; Se deben implementar ampliamente tecnologías para el tratamiento de ácidos hidrolíticos, que reducirán el volumen de aguas residuales, desechos sólidos y gaseosos. Estas innovaciones reducirán el volumen de aguas residuales en 2 veces, el contenido total de sal en 4-5 veces, titanio, hierro y aluminio en 10-13 veces, magnesio en 5-7 veces. Las tecnologías permiten obtener metales de tierras raras con un alto grado de purificación (Zholnin A.V. et al., 1990).

La relevancia del problema de la salud humana y animal en relación con la situación ambiental es evidente. La solución a este problema tiene como objetivo crear una base para soluciones tecnológicas implementadas en forma de industrias compactas, cuyos productos desencadenan el mecanismo compensatorio de complejos naturales de especies biológicas individuales. Este enfoque permite explotar el potencial

naturaleza a través de una autorregulación óptima, es decir, la única solución a los problemas es aumentar la eficiencia de la autodefensa del sistema biológico y el medio ambiente natural de factores ambientalmente peligrosos mediante el uso de productos tecnológicos listos para usar que activan mecanismos de autodefensa.

Los primeros estudios biosféricos fueron realizados por Georges Cuvier (siglo XIX). Fue el primero en relacionar la evolución del mundo animal de la Tierra con las catástrofes geológicas. Esto contribuyó a la formación en el futuro de ideas sobre la combinación de desarrollo evolutivo y espasmódico, así como la unidad biogeoquímica del hábitat.

niya y organismos vivos. A pesar de los intentos modernos de clasificar los elementos químicos, nos adherimos a las características cuantitativas dadas por V.I. Vernadsky y luego A.P. Vinogradov. En la actualidad, la teoría de los macro y microelementos ha evolucionado notablemente, y el conocimiento acumulado sobre las propiedades y el papel biológico de los elementos químicos se concentra en una nueva dirección científica: la "elementología", cuyo prototipo se establece en la química bioinorgánica ( Zholnin AV, 2003).

En condiciones de problemas ecológicos, una dirección prometedora es el principio ecológico-adaptativo, cuyo propósito es corregir estados de desadaptación utilizando adaptógenos suaves, antioxidantes, agentes inmunotrópicos que mejoran el estado de los sistemas funcionales involucrados en la biotransformación de elementos, desintoxicación de el cuerpo. La prevención y corrección de trastornos metabólicos con la ayuda de complejos metálicos que contienen fósforo es muy eficaz (Zholnin A.V., 2006). La digestibilidad de los micro y macro elementos aumenta al 90-95%. El uso de micro y macro elementos en forma de compuestos inorgánicos no es lo suficientemente efectivo, ya que se encuentran en una forma biológicamente inactiva. Su digestibilidad en estas condiciones está dentro del 20-30%, como resultado de lo cual la necesidad del cuerpo de micro y macroelementos no se satisface incluso con un uso prolongado y en dosis suficientes. Un análisis de la interacción entre la tecnosfera y la biosfera nos permite considerarlos juntos como un solo sistema: la ecosfera, en la que se concentran todos los problemas socioeconómicos, ecológicos y económicos modernos. Los principios de integridad son muy importantes para comprender los problemas de la ecología moderna, el principal de los cuales es la resistencia de la naturaleza viva y la dependencia de la sociedad humana de ella. La humanidad debe aprender a vivir en armonía con la naturaleza, con sus leyes, y debe ser capaz de predecir el impacto de las consecuencias de sus actividades en los sistemas biológicos a todos los niveles, incluida la ecosfera.

Con base en la breve revisión presentada de la situación ecológica-biogeo-química en Rusia, no hay duda sobre la necesidad de adoptar un nuevo enfoque metodológico para el estudio de la contaminación anómala natural y artificial de la biosfera, que son diferentes en términos de su entrada en el cuerpo, toxicidad, concentración, formas, duración de la acción, reacciones bioquímicas, sistemas del cuerpo en respuesta a los contaminantes.

11.3. PROVINCIA BIOGEOQUÍMICA

La consecuencia de la tecnogénesis como poderoso factor antropogénico que refleja el estado tecnológico de la sociedad es la retirada (concentración) de algunos elementos químicos (Au, Ag, Pb, Fe) y la dispersión de otros (Cd, Hg, As, F, Pb, Al, Cr) en la biosfera o una combinación de ambos procesos al mismo tiempo.

La localización y la intensidad de la afluencia de flujos tecnogénicos de elementos químicos determinan la formación anomalías hechas por el hombre y provincias biogeoquimicas(BGHP) con diversos grados de tensión ambiental. Dentro de tales territorios, bajo la influencia de sustancias tóxicas, se producen trastornos patológicos en humanos, animales y plantas.

En las condiciones modernas de transformación tecnogénica de la naturaleza cada vez mayor, el principio de la adecuación de los materiales y tecnologías utilizados para la productividad y los recursos de la biosfera es de capital importancia. La migración biogénica de elementos químicos no es ilimitada. Se esfuerza por su máxima manifestación dentro de ciertos límites correspondientes a la homeostasis de la biosfera como propiedad principal de su desarrollo sostenible.

El concepto de "provincia biogeoquímica" fue introducido por el académico A.P. Vinogradov: “Las provincias biogeoquímicas son áreas en la tierra que difieren de las áreas vecinas en términos del contenido de elementos químicos en ellas y, como resultado, provocan una reacción biológica diferente de la flora y fauna local”. Como resultado de una marcada insuficiencia o exceso del contenido de cualquier elemento dentro de un BHCP dado, endemia biogeoquímica- una enfermedad de humanos, plantas y animales.

Los territorios dentro de los cuales las personas, los animales y las plantas se caracterizan por una determinada composición química elemental se denominan provincias biogeoquímicas.

Las provincias biogeoquímicas son taxones de la biosfera de tercer orden: territorios de varios tamaños dentro de subregiones de la biosfera con reacciones características constantes de los organismos (por ejemplo, enfermedades endémicas). Procesos patológicos causados ​​por deficiencia, exceso y desequilibrio de oligoelementos en el cuerpo A.P. Avtsyn (1991) llamó microelementosis.

La distribución desigual de los elementos químicos en el espacio es una propiedad característica de la estructura geoquímica de la corteza terrestre. Desviaciones de contenido significativas y estables

cualquier elemento en una determinada región se denominan anomalías geoquímicas.

Para caracterizar la heterogeneidad de los elementos químicos en la corteza terrestre, V.I. vernadsky usado concentracion K a:

donde A es el contenido del elemento en la roca, mena, etc.; K medio - el valor promedio de Clarke de un elemento en la corteza terrestre.

El valor de Clarke promedio de un elemento en la corteza terrestre caracteriza el llamado antecedentes geoquímicos. Si la concentración de clarke es mayor a uno, esto indica enriquecimiento en el elemento, si es menor, significa una disminución en su contenido en comparación con los datos de la corteza terrestre en su conjunto. Las localidades con el mismo tipo de anomalías se combinan en provincias biogeoquímicas. Las provincias biogeoquímicas pueden agotarse en algún elemento(K a< 1), y enriquecido con ella(Kk > 1).

Hay dos tipos de provincias biogeoquímicas: naturales y tecnogénicas. Las provincias tecnogénicas se forman como resultado del desarrollo de yacimientos minerales, las emisiones de las industrias metalúrgica y química y el uso de fertilizantes en la agricultura. Las provincias biogeoquímicas naturales se forman como resultado de la actividad de los microorganismos, por lo que es necesario prestar atención al papel de los microorganismos en la creación de las características geoquímicas del medio ambiente. La deficiencia y el exceso de elementos pueden dar lugar a la formación de provincias biogeoquímicas tanto por la falta de elementos (yodo, flúor, calcio, cobre y otras provincias) como por exceso (boro, molibdeno, flúor, níquel, berilio, cobre, etc.). ). Un problema interesante e importante es la deficiencia de bromo en las regiones continentales, las regiones montañosas y el exceso de bromo en los paisajes costeros y volcánicos.

Desde el punto de vista biogeoquímico, varias zonas de tensión ecológica pueden considerarse provincias biogeoquímicas (áreas locales de la biosfera) con un cambio brusco en la composición química elemental del medio ambiente y organismos con una violación de los ciclos biogeoquímicos locales de vida. elementos químicos, sus compuestos, asociaciones y la manifestación de reacciones patológicas específicas. En el apartado se considera la clasificación de las provincias biogeoquímicas según el estado ecológico de los territorios.

De acuerdo con la génesis, los BHCP se subdividen en primarios, secundarios, naturales, natural-tecnogénicos y tecnogénicos, y

torialmente, pueden ser zonales, azonales dentro de una región y una subregión. El análisis ecológico de BGCP según los factores de impacto y el área de distribución muestra que las siguientes provincias azonales y subregionales son las más desfavorables ambientalmente en Rusia:

Polimetálico con asociaciones dominantes de Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn, Cu-Ni-Co (Urales del Sur, Bashkortostán, Chara, Norilsk, Mednogorsk);

provincias de níquel (Norilsk, Monchegorsk, Nikel, Polyarny, Arctic, Tuva);

Plomo (Altai, Cáucaso, Transbaikalia);

mercurio (Altai, Sakha, región de Kemerovo);

Con un exceso de flúor (Kirovsk, Transbaikalia Oriental, Krasnoyarsk, Bratsk);

Provincias subregionales con un alto contenido de boro y berilio (Urales del Sur).

De las provincias biogeoquímicas naturales y natural-tecnogénicas con un exceso de cobre, níquel y cobalto en el medio ambiente y los organismos de los animales, se debe tener en cuenta una serie de territorios locales de los Urales. Estas provincias atrajeron la atención de los científicos ya en la década de 1950. Posteriormente, se estudió con más detalle la subregión de la biosfera de los Urales del Sur. Se destaca como un taxón biogeoquímico independiente en base a los siguientes factores: la presencia de cinturones metalogénicos heterogéneos - mineral de cobre y mineral de cobre mixto, que enriquecen los suelos con microelementos como Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mn, lo que conduce a diversas reacciones corporales ante un exceso de estos elementos, y la posición geográfica de la subregión de la biosfera, caracterizada por la unidad climática. La explotación de los yacimientos de Cu-Zn y Ni-Co de la subregión de la biosfera durante casi un siglo ha dado lugar a la formación de provincias tecnogénicas, que se destacan a nivel del estado geoquímico actual de la biosfera.

En esta subregión, se han identificado la provincia biogeoquímica de cobre y zinc de Baimak (Baimak, Sibay), así como las provincias de Yuldybaev y Khalilov Ni-Co-Cu. En los pastos de la primera provincia, la concentración de cobre y zinc en los pastos varía entre 14-51 (cobre) y 36-91 (zinc) mg/kg de materia seca. El contenido de metales en plantas de otras provincias es: 10-92 (níquel), 0,6-2,4 (cobalto), 10-43 (cobre) mg/kg. En las regiones del sur de la región de Chelyabinsk, el contenido de selenio en suelos y plantas

muy bajo (0,01-0,02 mg/kg), por lo tanto, en estas áreas, se observó la enfermedad de los animales con enfermedad del músculo blanco.

En los distritos de la región de Chelyabinsk (Nagaybaksky, Argayashsky, cerca de las ciudades de Plast, Kyshtym, Karabash), el contenido de selenio en el suelo, el agua y los alimentos es alto, hasta 0,4 mg/kg o más (Ermakov V.V., 1999) . Las concentraciones de metales en plantas que crecen en la zona de empresas metalúrgicas (Mednogorsk) son aparentemente más significativas. Dados los frecuentes casos de toxicosis por cobre y níquel entre animales (ictericia por cobre, hipercuprosis, dermatosis eccematosa por níquel, queratosis por níquel, necrosis de las extremidades) y los criterios biogeoquímicos para el níquel, las provincias biogeoquímicas consideradas pueden atribuirse a zonas de riesgo y crisis (Ermakov V.V. , 1999; Gribovsky G.P., 1995).

En los Urales, hay anomalías geoquímicas de zonas de mineral de oro, caracterizadas por una liberación natural de sales de metales pesados ​​en el suelo y el agua. En estas zonas el contenido natural de arsénico alcanza 250 MPC, plomo 50 MPC, se incrementa el contenido de mercurio y cromo en los suelos. La zona del valle Soimanovskaya desde la ciudad de Miass hasta la ciudad de Kyshtym, incluida la ciudad de Karabash, es rica en afloramientos de la capa del suelo de cobre, zinc y plomo, que alcanzan más de 100 MPC. Los afloramientos de cobalto, níquel y cromo se extienden a lo largo de toda la región, creando a veces hasta 200 MPC para suelos agrícolas. Las características de anomalías naturales y tecnogénicas en los Urales del Sur forman provincias geoquímicas en su territorio, cuya composición elemental puede tener un efecto pronunciado en la composición elemental del agua potable, animales, plantas y humanos.

El estudio de las provincias tecnogénicas es un nuevo problema científico extremadamente complejo, cuya solución es necesaria para una evaluación ecológica general del funcionamiento de la biosfera en la era moderna y la búsqueda de tecnologías más racionales. La complejidad del problema radica en la necesidad de diferenciar los flujos tecnogénicos y naturales y las formas de migración de los elementos químicos, la interacción de los factores tecnogénicos y la manifestación de reacciones biológicas imprevistas en los organismos. Cabe recordar que fue esta dirección científica, junto con la ecología geoquímica, la que contribuyó en nuestro país al desarrollo de la doctrina de la homeostasis micro y macroelemental y su corrección. Según V. I. Vernadsky, el factor principal de la biosfera es químico - "Acercándonos a la geoquímica y al estudio de los fenómenos geológicos, cubrimos toda la naturaleza que nos rodea en el mismo aspecto atómico". Bajo su influencia,

nació un nuevo campo de conocimiento - "ambiente geoquímico y salud"

(Kowalsky V.V., 1991).

En los distritos de Kartalinsky y Bredinsky de la región de Chelyabinsk, la osteodistrofia epidémica está muy extendida en el ganado, causada por una alteración del metabolismo del calcio y el fósforo. La causa de la enfermedad es un exceso de estroncio, bario y níquel. La eliminación de la deficiencia de calcio y fósforo permite detener la enfermedad. En el distrito de Sosnovsky de la región de Chelyabinsk, se encontró que el ganado tenía deficiencia de cobre, zinc, manganeso y yodo. Los sistemas biológicos de muchos territorios de la región de Chelyabinsk tienen un alto contenido de hierro. En consecuencia, aumenta la concentración biótica de cobre, manganeso y vitamina E en la ración de alimentación animal. En consecuencia, un exceso de hierro puede conducir al desarrollo de una deficiencia de estos elementos en el organismo con manifestaciones clínicas. Por ejemplo, se altera la función reproductiva del cuerpo.

Los datos obtenidos muestran la relevancia del mapeo zonal de territorios según el principio biogeoquímico con la compilación de una base de datos de un retrato ecológico de la población, animales de granja y plantas. La acumulación de conocimientos estadísticos permitirá proceder a la implementación del principio ecológicamente adaptativo, es decir, al desarrollo e implementación de un conjunto de medidas regionales para eliminar la mala adaptación de los sistemas biológicos en territorios de diversos grados de presión tóxica y prooxidante. Dicha información será demandada no solo por las instituciones médicas, sino también por las estaciones de monitoreo ambiental, las instituciones de sanatorios y balnearios, los servicios demográficos, los institutos y las organizaciones del complejo agroindustrial.

11.4. ENFERMEDADES ENDÉMICAS

Junto a las enfermedades causadas por factores antropogénicos de contaminación ambiental (tecnogénicos), existen enfermedades asociadas a las características de las provincias biogeoquímicas (naturalmente anormales).

Enfermedades y síndromes, en cuya etiología juega el papel principal la falta de nutrientes. (básico) o un exceso de microelementos tanto biogénicos como tóxicos, así como su desequilibrio, incluidas proporciones anormales de micro y macroelementos

Los policías están representados por una clasificación de trabajo de microelementosis humanas (Tabla 11.1).

Se ha establecido que en algunas provincias biogeoquímicas existe exceso o deficiencia de ciertos microelementos, no se proporciona una nutrición mineral equilibrada del organismo, lo que conduce a la aparición de enfermedades en este territorio.

Las enfermedades causadas por un exceso o deficiencia de elementos en un área determinada se denominan enfermedades endémicas. Son endémicas. Los síntomas de enfermedades - hipomicroelementosis - se presentan en la tabla. 11.2.

Tabla 11.1. microelementosis humana

Tabla 11.2. Síntomas típicos de deficiencia de elementos químicos en el cuerpo humano.

Como se deduce de la tabla, con la falta de hierro en el cuerpo, se desarrolla anemia, ya que es parte de la hemoglobina en la sangre. La ingesta diaria de este elemento en el organismo debe ser de 12 mg. Sin embargo, un exceso de hierro provoca siderosis de los ojos y los pulmones, que se asocia con la deposición de compuestos de hierro en los tejidos de estos órganos en los Urales en las regiones montañosas de Satka. En Armenia, los suelos tienen un mayor contenido de molibdeno, por lo que el 37% de la población sufre gota. La falta de cobre en el cuerpo conduce a la destrucción de los vasos sanguíneos, crecimiento patológico de los huesos, defectos en el tejido conectivo. Además, la deficiencia de cobre contribuye al cáncer en los ancianos. El exceso de cobre en los órganos (hipermicroelementosis) provoca trastornos mentales y parálisis de algunos órganos (Enfermedad de Wilson). La deficiencia de cobre causa enfermedades cerebrales en los niños (síndrome de Menies), porque el cerebro carece de citocromo oxidasa. En los Urales, se desarrolla la deficiencia de yodo en los alimentos, debido a la falta de yodo. La enfermedad de Graves. En Transbaikalia, China, Corea, la población se ve afectada por la artrosis deformante. (Enfermedad de Urov). Una característica de la enfermedad es el reblandecimiento y la curvatura de los huesos. Los suelos de estos territorios tienen una mayor

el contenido de Sr, Ba y reducido Co, Ca, Cu. Se ha establecido la existencia de una correlación entre un bajo contenido de Ca y un mayor contenido de Sr, un análogo del calcio, que es químicamente más activo. Por lo tanto, el metabolismo del Ca-Sr en el tejido óseo se altera en caso de enfermedad de Urov. Hay una redistribución interna de los elementos, el calcio es desplazado por el estroncio. Como resultado, se desarrolla el raquitismo de estroncio. La sustitución de unos elementos por otros se debe a la proximidad de sus características fisicoquímicas (radio iónico, energía de ionización, número de coordinación), a la diferencia de sus concentraciones y actividad química. El sodio se reemplaza por litio, el potasio por rubidio, el bario, el molibdeno por vanadio. El bario, que tiene el mismo radio que el potasio, compite en los procesos bioquímicos. Como resultado de esta intercambiabilidad, se desarrolla hipopotasemia. Los iones de bario, al penetrar en el tejido óseo, provocan una enfermedad endémica Papanicolaou

11.5. POSIBLES CASOS DE ALTERACIÓN DE LA HOMEOSTASIS DEL LIGANDO METÁLICO DEL ORGANISMO

Es típico que un organismo mantenga un nivel constante de concentración de iones metálicos y ligandos, es decir, mantenimiento del equilibrio metal-ligando (homeostasis metal-ligando). Se puede romper por varias razones.

Primera razón. Los iones tóxicos (Mt) ingresan al cuerpo desde el medio ambiente (Be, Hg, Co, Te, Pb, Sr, etc.). Forman compuestos complejos más fuertes con bioligandos que con biometales. Como resultado de la mayor actividad química y la menor solubilidad de los compuestos formados en los nodos de la red cristalina, junto con el fosfato de hidróxido de calcio Ca 5 (PO 4) 3 OH y en su lugar, compuestos de otros metales similares en propiedades al calcio. (isomorfismo) se pueden precipitar: berilio, cadmio, bario, estroncio. En esta complejación competitiva por el ion fosfato, superan al calcio.

La presencia de incluso pequeñas concentraciones de metales pesados ​​en el medio ambiente provoca cambios patológicos en el cuerpo. La concentración máxima permitida de compuestos de cadmio en el agua potable es de 0,01 mg/l, berilio - 0,0002 mg/l, mercurio - 0,005 mg/l, plomo - 0,1 mg/l. Los iones de berilio interrumpen el proceso de incorporación de calcio en el tejido óseo, haciendo que se ablande, lo que conduce a la beriliosis (raquitismo de berilio). Reemplazo de iones de calcio

el estroncio conduce a la formación de un compuesto menos soluble Sr 5 (PO 4) 3 OH. La sustitución de iones de calcio por iones del radionúclido estroncio-90 es especialmente peligrosa. El radionúclido, al estar incluido en el tejido óseo, se convierte en una fuente interna de radiación, lo que conduce al desarrollo de leucemia, sarcoma.

Los iones Hg, Pb y Fe son ácidos blandos y forman compuestos más fuertes con los iones de azufre que los iones biometálicos, que son ácidos duros. Por lo tanto, existe una competencia por el ligando -S-H entre el tóxico y el microelemento. El primero gana la competencia al bloquear los sitios activos de las enzimas y excluirlos del control metabólico. Los metales Hg, Pb, Bi, Fe y As se denominan venenos de tiol. Los compuestos de arsénico (V) y especialmente de arsénico (III) son muy tóxicos. La química de la toxicidad puede explicarse por la capacidad del arsénico para bloquear los grupos sulfhidrilo de las enzimas y otros compuestos biológicamente activos.

La segunda razón. El cuerpo recibe un microelemento necesario para la vida del organismo, pero en concentraciones muy superiores, lo que puede deberse a las características de las provincias biogeoquímicas o al resultado de una actividad humana irrazonable. Por ejemplo, para controlar las plagas de las uvas, se utilizan medicamentos cuyo principio activo son los iones de cobre. Como resultado, el suelo, el agua y las uvas tienen un mayor contenido de iones de cobre. Un mayor contenido de cobre en el cuerpo provoca daños en varios órganos (inflamación de los riñones, hígado, infarto de miocardio, reumatismo, asma bronquial). Las enfermedades causadas por un mayor contenido de cobre en el cuerpo se denominan hipercupremia. También se presenta hipercupreosis ocupacional. Un exceso de hierro en el cuerpo conduce al desarrollo de siderosis.

Tercera razón. El desequilibrio de oligoelementos es posible como resultado de la no recepción o ingesta insuficiente, que también puede estar asociado con las características de las provincias biogeoquímicas o con la producción. Por ejemplo, casi dos tercios del territorio de nuestro país se caracteriza por la falta de yodo, en particular, en las zonas montañosas, a lo largo de los valles de los ríos, esto provoca agrandamiento endémico de la glándula tiroides y bocio en humanos y animales. La yodación preventiva contribuye a la prevención de endemias y epizootias.

La falta de flúor conduce a la fluorosis. Los iones de cobalto son deficientes en los sitios de producción de petróleo.

Cuarta razón. Aumentar la concentración de partículas tóxicas que contienen nitrógeno, fósforo, oxígeno y azufre, capaces de formar enlaces fuertes con iones biometálicos (CO, CN - , -SH). Hay varios ligandos en el sistema y un ion metálico capaz de formar un compuesto complejo con estos ligandos. En este caso, se observan procesos competitivos: competencia entre ligandos por un ion metálico. Prevalecerá el proceso de formación del complejo más duradero. M6L6 + Lt - MbLt + Lb, donde Mb es un ion metálico biogénico; Lb - bioligando; Lt es un ligando tóxico.

El complejo forma un ligando con una mayor capacidad de formación de complejos. Además, es posible formar un complejo de ligando mixto, por ejemplo, un ion de hierro (II) en la hemoglobina forma un complejo con monóxido de carbono CO, que es 300 veces más fuerte que un complejo con oxígeno:

La toxicidad del monóxido de carbono se explica en términos de complejación competitiva, la posibilidad de cambiar el equilibrio de intercambio de ligandos.

Quinta razón. Cambios en el grado de oxidación del átomo central del microelemento o cambios en la estructura conformacional del biocomplejo, cambios en su capacidad para formar puentes de hidrógeno. Por ejemplo, el efecto tóxico de los nitratos y nitritos también se manifiesta en el hecho de que, bajo su influencia, la hemoglobina se convierte en metahemoglobina, que no puede transportar oxígeno, lo que conduce a la hipoxia del cuerpo.

11.6. ELEMENTOS TÓXICOS Y NO TÓXICOS. SU POSICIÓN EN EL SISTEMA PERIÓDICO DE D. I. MENDELEEV

Convencionalmente, los elementos se pueden dividir en tóxicos y no tóxicos. Los elementos tóxicos son elementos químicos que tienen un efecto negativo en los organismos vivos, que se manifiesta solo cuando se alcanza una determinada concentración y forma, determinada por la naturaleza del organismo. Los elementos más tóxicos se ubican en el sistema periódico de forma compacta en los periodos 4.5 y 6 (Tabla 11.3).

Con la excepción de Be y Ba, estos elementos forman compuestos de sulfuro estables. Sales de cobre, plata, oro interactuando con sulfuros de metales alcalinos con sulfuro de hidrógeno para formar compuestos insolubles. Los cationes de estos metales interactúan con sustancias que incluyen grupos que contienen azufre. La toxicidad de los compuestos de cobre se debe al hecho de que los iones de cobre interactúan con los grupos sulfhidrilo -SH (unión de proteínas) y grupos amino -NH 2 (bloqueo de proteínas). En este caso se forman bioclusters del tipo quelato. El aminocloruro de mercurio puede interactuar en sistemas biológicos con grupos sulfhidrilo de proteínas según la reacción:

Tabla 11.3. La posición de los elementos tóxicos en el sistema periódico de D. I. Mendeleev

Existe la opinión de que la razón principal del efecto tóxico está asociada con el bloqueo de ciertos grupos funcionales o el desplazamiento de iones metálicos de algunas enzimas, como Cu, Zn. Hg, Pb, Be, Co, Cd, Cr, Ni, que compiten con los biometales en el proceso de complejación y pueden desplazarlos de los biocomplejos, son especialmente tóxicos y están muy extendidos:

donde Mb es un ion metálico biogénico; Mt - ion de un elemento tóxico; Lb - bioligando.

La toxicidad se define como una medida de cualquier cambio anormal en la función corporal debido a la acción de un agente químico. La toxicidad es una característica comparativa, este valor le permite comparar las propiedades tóxicas de varias sustancias (Tabla 11.4). Los elementos biogénicos aseguran el mantenimiento del equilibrio dinámico de los procesos vitales del organismo. Los elementos tóxicos, así como un exceso de nutrientes, pueden causar daños irreversibles.

cambios en el equilibrio dinámico en los sistemas biológicos, lo que lleva al desarrollo de la patología.

Tabla 11.4. Toxicidad comparativa de los iones metálicos

Los elementos se distribuyen de manera desigual en órganos, tejidos y células. Depende de las propiedades químicas del elemento, la vía de entrada y la duración de la acción.

El efecto dañino de una sustancia se manifiesta a varios niveles estructurales: molecular, celular ya nivel del organismo. Los efectos anormales más importantes ocurren a nivel molecular: inhibición de enzimas, cambios conformacionales irreversibles en macromoléculas y, como consecuencia, cambios en la tasa de metabolismo y síntesis, y la aparición de mutaciones. Las manifestaciones tóxicas dependen de la concentración y dosis de la sustancia. Las dosis se pueden subdividir cualitativamente en categorías según el grado de aumento del efecto:

1) sin efectos perceptibles;

2) estimulación;

3) efecto terapéutico;

4) efecto tóxico o dañino;

5) resultado letal.

No todas las sustancias pueden causar estimulación y efectos terapéuticos. La toxicidad máxima la exhiben las partículas químicamente más activas, los iones coordinativamente insaturados, que incluyen iones de metales libres. La información acumulada por la toxicología muestra de manera convincente que la toxicidad de los compuestos metálicos inorgánicos (óxidos y sales) está en función de la toxicidad de los metales en forma elemental. Así, la oxidación no tiene un efecto decisivo sobre la toxicidad, sino que sólo cambia su grado en un grado u otro. Todos los óxidos metálicos son menos tóxicos que sus sales, y con un aumento en la toxicidad del elemento, la diferencia en el grado de toxicidad entre óxidos y sales disminuye. La reducción de las propiedades electrofílicas del ion, respectivamente, conduce a una disminución de su efecto tóxico en el cuerpo.

La quelación de iones metálicos libres con ligandos polidentados los transforma en partículas saturadas coordinativamente más estables que son incapaces de destruir biocomplejos y, por lo tanto, tienen baja toxicidad. Son permeables a la membrana, capaces de ser transportados y excretados del cuerpo. Entonces, la toxicidad de un elemento está determinada por su naturaleza, dosis y forma molecular que contiene el elemento. Como consecuencia, no hay elementos tóxicos, sólo concentraciones y formas tóxicas.

El efecto tóxico de los compuestos a diferentes niveles estructurales se manifiesta de manera desigual. Las estructuras en las que la acumulación del elemento es máxima están sujetas al mayor efecto tóxico. En este sentido, se introdujeron los conceptos de concentración crítica para una célula y un órgano, el efecto crítico (Yershov Yu.A., Pletneva TV, 1989).

Tabla 11.5. Propiedades biogeoquímicas de los contaminantes ambientales tecnogénicos, que son los más utilizados en las actividades de producción (según A.R. Tairova, A.I. Kuznetsov, 2006)

Nota: B - alto; U - moderado; H - bajo.

La concentración crítica de un elemento para una célula es esa concentración mínima, al alcanzarla se producen cambios funcionales anormales en la célula, reversibles o irreversibles. La existencia de una concentración crítica de un elemento tóxico para una célula está asociada a la presencia en la célula de una cierta reserva de regulación de funciones e indica la existencia de homeostasis celular del efecto tóxico del elemento en el organismo.

La concentración crítica de un elemento para un órgano es tal concentración promedio, al alcanzar la cual se observa una violación de su función. La concentración crítica para un órgano puede ser mucho mayor o menor que la concentración crítica para una célula individual. Un órgano crítico para un elemento determinado es el primer órgano en el que el elemento ha alcanzado una concentración crítica en determinadas condiciones (Criterios de higiene de la OMS, 1981). En algunos casos, es más correcto hablar no de un órgano, sino de un sistema crítico (enzima, orgánulo, célula, órgano, sistema funcional).

Para establecer la naturaleza de la dependencia de la concentración del elemento en la dosis total, los modelos tóxico-cinéticos permiten (Filonov A.A., 1973; Solovyov V.N. et al., 1980).

Arroz. 11.1. Modelo toxico-cinético general del paso de sustancias inorgánicas a través del cuerpo (Yershov Yu.A., Pleteneva T.V., 1989)

Dichos modelos reflejan la cinética de la entrada de agentes químicos en el cuerpo, su transformación, absorción y excreción del cuerpo.

(Figura 11.1).

Los efectos tóxicos de algunos elementos se presentan en la tabla. 11.6.

Continuación de la mesa. 11.6Tabla 11.6. Efectos de toxicidad de algunos elementos químicos.

El final de la mesa. 11.6

Nota. Los efectos de la toxicidad de los elementos deben utilizarse al considerar la importancia biomédica de los elementos químicos.

La microelementología estudia dos tipos de problemas. En primer lugar, estos son intervalos de concentración, formas de compuestos de microelementos y condiciones en las que se manifiesta un efecto biogénico, cuyo valor es comparable al valor de las vitaminas que no se sintetizan en el cuerpo, pero son nutrientes esenciales. Con hipomicroelementosis, enfermedades causadas por la deficiencia de ME, se producen enfermedades por deficiencia. En segundo lugar, los límites de toxicidad, los efectos acumulativos de los elementos traza como contaminantes ambientales.

Con diversas formas de contacto de organismos con estos elementos, se producen enfermedades y síndromes de intoxicación: toxicopatías. La complejidad del problema radica no solo en el hecho de que las manifestaciones de insuficiencia e intoxicación son extremadamente diversas, sino también en el hecho de que los propios oligoelementos esenciales, en determinadas condiciones, provocan reacciones tóxicas, y los contaminantes en una determinada dosis y exposición pueden sé útil. (efecto inverso). Esto está estrechamente relacionado con su influencia mutua, que puede ser tanto sinérgica como antagónica. Gran parte de la microelementología, especialmente en el problema del desequilibrio de EM en el cuerpo, aún no se ha estudiado lo suficiente.

11.7. MECANISMOS DE PROTECCIÓN DEL MEDIO INTERNO DEL ORGANISMO DE XENOBIOTAS

La naturaleza ha mostrado una gran preocupación por mantener la homeostasis de los ligandos metálicos del cuerpo, por mantener la pureza del entorno interno del cuerpo. A veces, garantizar la eliminación de los desechos es incluso más importante que alimentar la jaula. Los nutrientes son entregados por un sistema, el sistema circulatorio, y los desechos son eliminados por dos, los sistemas circulatorio y linfático. La "basura" pequeña parece ir directamente a la sangre y la grande, a la linfa. En los ganglios linfáticos, la linfa se limpia de desechos tóxicos.

Existen los siguientes mecanismos para proteger el medio interno del cuerpo.

1. Barreras que impiden que los xenobióticos entren en el medio interno del cuerpo y en órganos especialmente importantes (el cerebro, los genitales y algunas otras glándulas endocrinas). Estas barreras están formadas por láminas celulares monocapa o multicapa. Cada célula está cubierta por una membrana que es impenetrable para muchas sustancias. El papel de las barreras en animales y humanos lo realiza la piel, la superficie interna del tracto gastrointestinal y el tracto respiratorio. Si un xenobiótico penetra en la sangre, entonces en el sistema nervioso central, las glándulas endocrinas, se encontrará con barreras histohemáticas, es decir. barreras entre el tejido y la sangre.

2. Los mecanismos de transporte aseguran la eliminación de xenobióticos del cuerpo. Se encuentran en muchos órganos humanos. Los más poderosos están en las células del hígado y túbulos renales. Se encontraron formaciones especiales en los ventrículos del cerebro, que mueven sustancias extrañas del líquido cefalorraquídeo (líquido,

lavar el cerebro) en la sangre. Hay, por así decirlo, dos tipos de excreción de xenobióticos: los que purifican el ambiente interno de todo el organismo y los que mantienen la pureza del ambiente interno de un órgano. El principio de funcionamiento del sistema de excreción es el mismo: las células de transporte forman una capa, un lado de la cual limita con el entorno interno del cuerpo y el otro con el externo. La membrana celular no permite el paso de los xenobióticos, pero esta membrana contiene una proteína transportadora que reconoce una sustancia “nociva” y la transfiere al entorno externo. Los aniones son excretados por un tipo de transportador y los cationes por otro. Se han descrito más de doscientos portadores, entre ellos se encuentran los complexonatos del elemento s. Pero los sistemas de transporte no son omnipotentes. Con una alta concentración de veneno en la sangre, no tienen tiempo para utilizar partículas completamente tóxicas, y un tercer mecanismo de defensa llega al rescate.

3. Los sistemas enzimáticos que convierten los xenobióticos en compuestos son menos tóxicos y más fáciles de eliminar del organismo. Catalizan los procesos de interacción xenobiótica con moléculas de otras sustancias. Los productos de interacción se eliminan fácilmente del cuerpo. Los sistemas enzimáticos más potentes se encuentran en las células hepáticas. En la mayoría de los casos, puede hacer frente a esta tarea y neutralizar sustancias peligrosas.

4. Depósito de tejidos, donde, como si estuvieran detenidos, los xenobióticos neutralizados pueden acumularse y permanecer allí durante mucho tiempo. Pero este no es un medio de protección completa contra los xenobióticos en condiciones extremas.

Por eso surgió la idea de crear artificialmente sistemas de protección similares a los mejores ejemplos de sistemas biológicos naturales.

11.8. TERAPIA DE DESINTOXICACIÓN

Terapia de desintoxicación - Este es un complejo de medidas terapéuticas destinadas a eliminar el veneno del cuerpo o neutralizar el veneno con la ayuda de antídotos. Las sustancias que eliminan los efectos de los venenos sobre las estructuras biológicas y los inactivan mediante reacciones químicas se denominan antídotos.

El desarrollo de la biología física y química ha creado oportunidades para el desarrollo y la aplicación de varios métodos para limpiar el cuerpo de moléculas e iones tóxicos. Métodos utilizados para desintoxicar el cuerpo. diálisis, Sorción y reacciones químicas. Diálisis

denominados métodos renales. En la hemodiálisis, la sangre se separa del dializado por una membrana semipermeable y las partículas tóxicas de la sangre pasan pasivamente a través de la membrana al líquido de acuerdo con el gradiente de concentración. Aplicar diálisis compensatoria, vividializ. La esencia de la diálisis compensatoria radica en el hecho de que el líquido en el dializador no se lava con un solvente puro, sino con soluciones con diferentes concentraciones de sustancias. Sobre el principio de compensación Vividiffusion El dispositivo fue diseñado y nombrado "riñón artificial" con el que se puede depurar la sangre de productos metabólicos y, por tanto, proteger temporalmente la función de un riñón enfermo. Una indicación para el uso de un "riñón artificial" es la insuficiencia renal aguda con uremia después de una transfusión de sangre, con quemaduras, toxicosis del embarazo, etc. El modelado de los mecanismos naturales de desintoxicación de la sangre en varios dispositivos de sorción que utilizan absorbentes de carbono, inmunoabsorbentes, resinas de intercambio iónico y otros se denomina hemosorción. Al igual que sus variedades de plasma y sorción linfática, se utiliza para eliminar diversas sustancias tóxicas, virus y bacterias de la sangre. Se han creado adsorbentes altamente específicos para metabolitos, iones y toxinas específicos. Tienen una capacidad única para eliminar del cuerpo compuestos macromoleculares hidrófobos, entre los que se encuentran muchas sustancias altamente tóxicas y de lastre (colesterol, bilirrubina, etc.). Los métodos de sorción le permiten influir en la inmunorreactividad del cuerpo al eliminar las inmunoglobulinas, el complemento y los complejos antígeno-anticuerpo.

De los métodos de sorción, la enterosorción ha encontrado una amplia aplicación. enterosorción- un método basado en la unión y excreción del tracto gastrointestinal con fines terapéuticos o profilácticos de sustancias endógenas y exógenas, estructuras supramoleculares y células. Enterosorbentes - preparaciones medicinales de diversas estructuras: llevan a cabo la unión de sustancias exógenas y endógenas en el tracto gastrointestinal mediante adsorción, absorción, intercambio iónico y formación de complejos.

Los enterosorbentes se clasifican según su estructura química: carbones activados, geles de sílice, zeolitas, alumogeles, aluminosilicatos, óxidos y otros sorbentes inorgánicos, fibra dietética, organominerales y sorbentes compuestos.

Las toxinas bacterianas, los péptidos intestinales bioactivos, los metabolitos tóxicos y los radionúclidos se eliminan del cuerpo mediante enterosorción utilizando sorbentes de carbono o sorbentes de carbono-minerales con una superficie cargada positivamente. Utilizado en complejo

terapia de una serie de enfermedades: psoriasis, asma bronquial, enfermedades gastrointestinales. Se obtuvieron buenos resultados mediante sorción de plasma, que combina dos métodos de desintoxicación: hemosorción y plasmaféresis.

Una de las direcciones más importantes para resolver el problema de la desintoxicación del cuerpo es el desarrollo y uso de órganos de limpieza artificiales: "riñón artificial" e "hígado auxiliar". El dispositivo "hígado auxiliar", desarrollado por el profesor V.E. Ryabinin, asume la mayor parte del trabajo de desintoxicación del cuerpo y mejora el metabolismo. Creó un fármaco a base de hígado de cerdo, que interactúa con la sangre del paciente a través de una membrana semipermeable. La acción de la droga se basa en los principios de funcionamiento del citocromo P 450. Conserva su actividad funcional durante el trabajo continuo en el hígado durante 6-8 horas.. Dentro de una hora después del inicio del experimento, se elimina hasta el 84% del amoníaco de la sangre, y después de dos horas, el 91%. Este método se puede utilizar para enfermedades hepáticas agudas y crónicas, enfermedades infecciosas, lesiones y quemaduras.

Uno de los métodos de desintoxicación más utilizados, asequibles y sencillos es el método químico. Los métodos químicos de biotransformación de partículas "dañinas" para el cuerpo son muy diversos:

1) neutralización de un tóxico por interacción química con él, es decir, acción directa sobre una partícula tóxica;

2) eliminación del efecto tóxico al influir en las enzimas, receptores del cuerpo que controlan los procesos fisiológicos de la utilización de tóxicos en el cuerpo, es decir efecto indirecto sobre el tóxico.

Las sustancias utilizadas como desintoxicantes permiten cambiar la composición, el tamaño, el signo de carga, las propiedades, la solubilidad de una partícula tóxica, convertirla en una de baja toxicidad, detener su efecto tóxico en el cuerpo, eliminarla del cuerpo.

De los métodos químicos de desintoxicación, la terapia de quelación es ampliamente utilizada, basada en la quelación de partículas tóxicas de complexonatos del elemento s. Los agentes quelantes proporcionan la desintoxicación del cuerpo a través de su interacción directa con el tóxico, la formación de una forma unida y duradera adecuada para el transporte y la excreción del cuerpo. Este es el mecanismo de desintoxicación de iones de metales pesados ​​por tetacina, trimefacina.

Las reacciones de precipitación también se utilizan para la desintoxicación. El antídoto más simple para los iones de bario, el estroncio es una solución acuosa de sulfato de sodio. Las reacciones redox también

cambio para la desintoxicación. Con sales de metales pesados, el tiosulfato de sodio da sulfuros poco solubles y se usa como antídoto para el envenenamiento por metales pesados:

El ion tiosulfato dona un átomo de azufre al ion cianuro, convirtiéndolo así en un ion rodanuro no tóxico:

Como antídoto para los compuestos de metales pesados, también se utilizan soluciones acuosas de sulfuro de sodio, la llamada bebida de sulfuro de hidrógeno alcalino. Como resultado de la formación de compuestos poco solubles, los iones tóxicos se aíslan y excretan del tracto gastrointestinal. En caso de intoxicación por sulfuro de hidrógeno, se permite que la víctima respire lejía humedecida, de la que se libera una pequeña cantidad de cloro. En caso de intoxicación por bromo, se inhalan los vapores de amoníaco.

Destructivas para las proteínas son las biotransformaciones asociadas con la acción de agentes oxidantes fuertes, que convierten los compuestos de azufre a un estado de oxidación de +6. Los agentes oxidantes como, por ejemplo, el peróxido de hidrógeno, oxidan los puentes disulfuro y los grupos sulfhidrilo de las proteínas en grupos sulfo R-SO 3 H, lo que significa su desnaturalización. El daño por radiación a las células cambia su potencial redox. Para mantener el potencial como radioprotector, un medicamento que protege al cuerpo del daño por radiación, se usa p-mercaptoetilamina (mercamin), cuya oxidación con formas activas de oxígeno durante la radiólisis del agua conduce a la formación de cistamina:

El grupo sulfuro puede participar en procesos hemolíticos con la formación de radicales R-S de baja reactividad. Esta propiedad de la mercamina también sirve como protección contra la acción de partículas de radicales libres, productos de la radiólisis del agua. En consecuencia, el equilibrio del disulfuro de tiol está asociado a la regulación de la actividad de enzimas y hormonas, la adaptación de los tejidos a la acción de agentes oxidantes, agentes reductores y partículas radicales.

En los cuidados intensivos de la endotoxicosis se utilizan conjuntamente métodos químicos (protectores, antídotos) y métodos eferentes.

desintoxicación - plasmaféresis con oxidación electroquímica indirecta de sangre y plasma. Este conjunto de métodos subyace en el diseño del aparato "hígado-riñón", que ya se está utilizando en la clínica.

11.9. PREGUNTAS Y TAREAS PARA LA AUTOEVALUACIÓN DE LA PREPARACIÓN PARA LECCIONES Y EXÁMENES

1. Dar el concepto de provincias biogeoquímicas.

2. ¿Cuál es la base para el uso de complexonatos de elementos S como fármacos terapéuticos para el envenenamiento con compuestos de metales pesados?

3. Bases físicas y químicas de acción biotóxica (Pb, Hg, Cd, nitritos y nitrosaminas).

4. El mecanismo de la acción tóxica de los iones de metales pesados ​​basado en la teoría de los ácidos y bases duros y blandos.

5. Principios de la terapia de quelación.

6. Preparaciones de desintoxicación para la terapia de quelación.

7. ¿Qué propiedades de los compuestos nitrogenados determinan su efecto tóxico en el organismo?

8. ¿Qué propiedades del peróxido de hidrógeno determinan su efecto tóxico?

9. ¿Por qué las enzimas que contienen tioles se "envenenan" irreversiblemente con iones Cu 2+, Ag +?

10. ¿Cuál es la posible química de la acción antitóxica del Na 2 S 2 O 3 5H 2 O en caso de envenenamiento con compuestos de mercurio, plomo, ácido cianhídrico?

11. Dé una definición de ecología geoquímica, un retrato ecológico de una persona.

11.10. PRUEBAS

1. En caso de intoxicación por metales pesados, se utilizan métodos:

a) enterosorción;

b) terapia de quelación;

c) precipitación;

2. Una sustancia puede manifestar su naturaleza tóxica por:

a) la forma de recibo;

b) concentración;

c) la presencia de otras sustancias en el organismo;

d) Todas las respuestas anteriores son correctas.

3. La concentración promedio a la que se observa una violación de la función de un órgano se llama:

a) la concentración máxima permitida;

b) índice de mortalidad;

c) concentración crítica;

d) concentración biótica.

4. Las sustancias que provocan el desarrollo de tumores cancerosos se denominan:

a) estrumógenos;

b) mutágenos;

c) carcinógenos;

d) teratógenos.

5. Los compuestos de molibdeno son sustancias:

a) altamente tóxico;

b) toxicidad moderada;

c) baja toxicidad;

d) no mostrar propiedades tóxicas.

6. La enfermedad de Graves es:

a) hipermacroelementosis;

b) hipermicroelementosis;

c) hipomacroelementosis;

d) hipomicroelementosis.

7. El peróxido de hidrógeno convierte los aminoácidos de azufre en azufre:

a)-1;

b) 0;

Química general: libro de texto / A. V. Zholnin; edición V. A. Popkova, A. V. Zholnina. - 2012. - 400 p.: il.

La química ambiental es la ciencia de los procesos químicos que determinan el estado y las propiedades del medio ambiente: la atmósfera, la hidrosfera y el suelo.

Rama de la química dedicada al estudio de los fundamentos químicos de los fenómenos y problemas ambientales, así como los procesos de formación de las propiedades químicas y la composición de los objetos ambientales.

La química ambiental estudia tanto los procesos químicos naturales que ocurren en el medio ambiente como el proceso de su contaminación antropogénica.

La contaminación antropogénica del medio ambiente tiene un impacto significativo en la salud de plantas y animales. La producción anual de vegetación terrestre mundial antes de su perturbación por el hombre tenía un valor cercano a las 172x109 toneladas de materia seca. Como resultado del impacto, su producción natural ahora ha disminuido en al menos un 25%. En las publicaciones de V.V. Ermakova (1999), Yu.M. Zakharova (2003), I. M. Donnik (1997), MS Panina (2003) et al., muestran la creciente agresividad de los impactos antropogénicos sobre el medio ambiente (EA) que se producen en los territorios de los países desarrollados.

VIRGINIA. Kovda citó datos sobre la proporción de ciclos biogeoquímicos naturales y la contribución antropogénica a los procesos naturales; desde entonces, los flujos tecnogénicos han aumentado. Según sus datos, los flujos biogeoquímicos y tecnogénicos de la biosfera se estiman con los siguientes valores:

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), de los más de 6 millones de compuestos químicos conocidos, se utilizan hasta 500 mil, de los cuales 40 mil tienen propiedades nocivas para el ser humano y 12 mil son tóxicos. Para el año 2009, el consumo de materias primas minerales y orgánicas aumentó dramáticamente y llegó a 40-50 mil toneladas por habitante de la Tierra. En consecuencia, los volúmenes de residuos industriales, agrícolas y domésticos están aumentando. En el siglo XXI, la contaminación antropogénica ha llevado a la humanidad al borde de una catástrofe ecológica. Por lo tanto, el análisis del estado ecológico de la biosfera rusa y la búsqueda de formas de rehabilitación ecológica de su territorio son muy relevantes.

En la actualidad, se generan anualmente alrededor de 7 mil millones de toneladas de desechos en las empresas de las industrias minera, metalúrgica, química, maderera, energética, de materiales de construcción y otras industrias de la Federación Rusa. Solo se utilizan 2 mil millones de toneladas, o el 28% del total. En este sentido, solo en los botaderos y depósitos de lodos del país se han acumulado cerca de 80 mil millones de toneladas de residuos sólidos. Unas 10 mil hectáreas de tierra apta para la agricultura son enajenadas anualmente para rellenos sanitarios para su almacenamiento. La mayor cantidad de residuos se obtiene durante la extracción y enriquecimiento de las materias primas. Así, en 2005 el volumen de estériles, rocas asociadas y relaves en diversas industrias fue de 3.100 y 1.200 millones de m3, respectivamente. Se genera una gran cantidad de residuos durante la recolección y el procesamiento de las materias primas madereras. En los sitios de explotación, los desechos representan hasta el 46,5% del volumen total de madera exportada. En nuestro país se generan anualmente más de 200 millones de m3 de residuos de madera. Se producen algo menos residuos en las empresas de metalurgia ferrosa: en 2004, la producción de escoria líquida ascendió a 79,7 millones de toneladas, incluidos 52,2 millones de toneladas de alto horno, 22,3 millones de toneladas de fundición de acero y 4,2 millones de toneladas de ferroaleaciones. En el mundo, los metales no ferrosos se funden anualmente aproximadamente 15 veces menos que los ferrosos.

Sin embargo, en la producción de metales no ferrosos en el proceso de enriquecimiento del mineral, se forman de 30 a 100 toneladas de relaves triturados por 1 tonelada de concentrados, y durante la fundición del mineral, de 1 a 8 toneladas de escoria, lodo y otros desechos por 1 tonelada de metal.

Cada año, las empresas químicas, alimentarias, de fertilizantes minerales y otras industrias generan más de 22 millones de toneladas de residuos que contienen yeso y alrededor de 120-140 millones de toneladas de lodos de depuradora (en forma seca), de los cuales aproximadamente el 90% se obtienen neutralizando aguas residuales industriales. Más del 70% de los montones de desechos en Kuzbass están en llamas. A una distancia de varios kilómetros de ellos, las concentraciones de SO2, CO, CO2 aumentan significativamente en el aire. La concentración de metales pesados ​​​​en suelos y aguas superficiales aumenta considerablemente, y en las áreas de minas de uranio: radionucleidos. La minería a cielo abierto conduce a alteraciones del paisaje, que son proporcionales en escala a las consecuencias de los grandes desastres naturales. Entonces, en el área de minería en Kuzbass, se formaron numerosas cadenas de buzamientos profundos (hasta 30 m), que se extienden por más de 50 km, con un área total de hasta 300 km2 y volúmenes de buzamiento de más de 50 millones de m3.

Actualmente, vastas áreas están ocupadas por residuos sólidos de centrales térmicas: cenizas, escorias, de composición similar a los metalúrgicos. Su producción anual alcanza los 70 millones de toneladas. El grado de su uso está dentro del 1-2%. Según el Ministerio de Recursos Naturales de la Federación Rusa, el área total de tierra ocupada por desechos de diversas industrias, en general, supera los 2000 km2.

Anualmente se producen más de 40 mil millones de toneladas de petróleo crudo en el mundo, de las cuales alrededor de 50 millones de toneladas de petróleo y derivados se pierden durante la extracción, transporte y procesamiento. El petróleo es considerado uno de los contaminantes más extendidos y peligrosos de la hidrosfera, ya que alrededor de un tercio se produce en la plataforma continental. La masa total de productos derivados del petróleo que ingresan anualmente a los mares y océanos se estima aproximadamente en 5-10 millones de toneladas.

Según NPO Energostal, el grado de purificación de los gases de escape del polvo de metalurgia ferrosa supera el 80 %, y el grado de utilización de los productos de captura sólidos es solo del 66 %.

Al mismo tiempo, el coeficiente de aprovechamiento de los polvos y escorias que contienen hierro es del 72%, mientras que para otros tipos de polvos es del 46%. Prácticamente en todas las empresas, tanto metalúrgicas como térmicas, los problemas de limpieza de gases agresivos con bajo contenido de azufre no se resuelven. Las emisiones de estos gases ascendieron a 25 millones de toneladas. Las emisiones a la atmósfera de gases que contienen azufre solo por la puesta en marcha de las instalaciones de limpieza de gases en 53 unidades eléctricas del país en el período de 2005 a 2010 se redujeron de 1,6 a 0,9 millones de toneladas. Los problemas de neutralización de soluciones galvánicas están mal resueltos. Aún más lentos son los temas de eliminación de residuos generados durante la neutralización y procesamiento de soluciones de decapado usadas, soluciones de producción química y aguas residuales. En las ciudades rusas, hasta el 90 % de las aguas residuales se vierten en ríos y embalses sin tratar. Actualmente se han desarrollado tecnologías que permiten convertir sustancias tóxicas en sustancias poco tóxicas e incluso biológicamente activas que pueden ser utilizadas en la agricultura y otras industrias.

Las ciudades modernas emiten alrededor de 1000 compuestos a la atmósfera y al medio acuático. En la contaminación del aire urbano, uno de los lugares principales lo ocupan los vehículos a motor. En muchas ciudades, los gases de escape representan el 30% y, en algunas, el 50%. En Moscú, alrededor del 96% del CO, el 33% del NO2 y el 64% de los hidrocarburos ingresan a la atmósfera debido al transporte motorizado.

Según los factores de impacto, su nivel, duración de la acción y área de distribución, las provincias biogeoquímicas naturales y tecnogénicas de los Urales se clasifican como áreas con el mayor grado de deterioro ambiental. En los últimos años, los Urales han ocupado una posición de liderazgo en términos de la cantidad total de emisiones de sustancias nocivas a la atmósfera. Según A.A. Malygina en términos de contaminación del aire y del agua, los Urales ocupan el primer lugar en Rusia y el segundo en contaminación del suelo.

Ural es uno de los mayores productores de metales ferrosos del país. Cuenta con 28 empresas del complejo metalúrgico. Más de 10 empresas mineras operan en la región para proveerles de materia prima. Al 2003, las empresas metalúrgicas de la región acumularon alrededor de 180 millones de toneladas de escoria de alto horno, 40 millones de toneladas de escoria de fundición de acero y más de 20 millones de toneladas de escoria de producción de ferrocromo, así como una importante cantidad de polvo y lodos. Se ha establecido la posibilidad de transformar los residuos en diversos materiales de construcción para las necesidades de la economía nacional.

En los vertederos de la región se han acumulado más de 2.500 millones de m3 de rocas diversas, 250 millones de toneladas de escorias y cenizas de centrales térmicas. Del volumen total de sobrecarga, solo se procesa el 3%. En las empresas metalúrgicas, de los 14 millones de toneladas de escorias formadas anualmente, solo se utiliza el 40-42%, de las cuales el 75% son escorias de alto horno, el 4% son de fundición de acero, el 3% son ferroaleaciones y el 17% metalurgia no ferrosa escorias, y solo alrededor del 1% son cenizas TPP.

La violación de la homeostasis micro y macroelemental en el cuerpo está determinada por la contaminación natural y tecnogénica de la biosfera, lo que conduce a la formación de amplias áreas de microelementos tecnogénicos alrededor de complejos territoriales e industriales. La salud no solo de las personas directamente involucradas en el proceso de producción está sufriendo, sino también de quienes viven en el vecindario de las empresas. Como regla general, tienen un cuadro clínico menos pronunciado y pueden tomar una forma latente de ciertas condiciones patológicas. Se muestra que cerca de las empresas industriales ubicadas en la ciudad entre áreas residenciales, las concentraciones de plomo superan los valores de fondo en 14-50 veces, zinc - en 30-40 veces, cromo - en 11-46 veces, níquel - en 8-63 veces veces.

Un análisis de la situación ecológica y química y del estado de salud de la población de los Urales permitió establecer que, en cuanto al nivel de contaminación, pertenece a “zonas de emergencia ecológica”. La esperanza de vida es de 4 a 6 años menos en comparación con indicadores similares en Rusia.

Los residentes que viven durante mucho tiempo en condiciones de contaminación natural y provocada por el hombre están expuestos a concentraciones anormales de elementos químicos que tienen un efecto notable en el cuerpo. Una de las manifestaciones es un cambio en la composición de la sangre, cuya causa es una violación de la ingesta de hierro, oligoelementos (Cu, Co) en el cuerpo, asociada tanto con su bajo contenido en los alimentos como con un Alto contenido en alimentos de compuestos que impiden la absorción de hierro en el tracto gastrointestinal.

Al monitorear los parámetros biológicos y químicos en 56 granjas en diferentes regiones de los Urales, se identificaron condicionalmente cinco variantes de territorios, que difieren en características ecológicas:

• * territorios contaminados por emisiones de grandes empresas industriales;
• * territorios contaminados como resultado de las actividades de empresas con radionucleidos de vida larga - estroncio-90 y cesio-137 (rastros radiactivos de los Urales Orientales - EURS);
• * Territorios bajo presión de empresas industriales y al mismo tiempo ubicados en la zona EURTS;
• * provincias geoquímicas con un alto contenido natural de metales pesados ​​(Zn, Cu, Ni) en suelo, agua, así como concentraciones anómalas de radón-222 en el aire subterráneo y agua;
• * áreas que son relativamente favorables en términos ambientales, libres de empresas industriales

Las discusiones filosóficas en las ciencias naturales modernas son, en cierto sentido, una imagen inusual, a saber: los problemas metodológicos e ideológicos de la biología y la física, la sinergética y la astronomía, la genética y la biotecnología se discuten muy activamente, pero no se presta mucha atención a cuestiones similares de la química. . Puede resultar que, sobre la base de generalizaciones tan fundamentales como la ley periódica, la teoría de la estructura química, la termodinámica química, la química ha abierto amplias oportunidades para el estudio y la síntesis de millones de sustancias de naturaleza inanimada y viva, para la creación de compuestos previamente desconocidos. Parece que se dejó llevar por el empirismo, el lado utilitarista, y no le interesa la cosmovisión compleja y los problemas metodológicos que enfrenta. "Sin embargo, la química, - enfatiza Yu.A. Zhdanov, - enfrenta sus propios problemas complejos y urgentes de naturaleza teórica y metodológica, y sin su aclaración, no solo la química en sí, sino también una serie de otras ciencias no podrán avanzar productivamente".

Ahora consideremos el aspecto ecológico de la química, cuando ocurre el proceso de contaminación ambiental que, debido a su no linealidad, tiene un efecto nocivo en los humanos. Aquí podemos distinguir toda una gama de factores nocivos para nuestra salud: contaminación química del suelo y la consiguiente peligrosidad de los productos, contaminación química del aire, agua y otros efectos nocivos para el medio ambiente. En este caso, se debe tener en cuenta la naturaleza antropogénica de varios tipos de contaminación de la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera. “El hombre es un contaminante natural y principal”, subraya J. Bockris, “del planeta. Durante mucho tiempo el desarrollo ecológico fue armonioso. La vida de un organismo en el proceso de desarrollo estaba subordinada al todo, y correspondía a los procesos químicos que ocurrían a su alrededor. Hasta el presente siglo, el hombre no tuvo un impacto muy tangible en la situación ecológica equilibrada en el proceso de desarrollo. La ruptura de esta armonía, a la que se enfrenta actualmente el hombre, es consecuencia del aumento del volumen de productos químicos y otras empresas industriales que se descargan en el agua y en el aire. Los procesos fotoquímicos tienen lugar en la atmósfera, con la ayuda de los cuales se procesan los contaminantes y se restablece el equilibrio. Sin embargo, desde principios del siglo XX El hombre ha liberado tantos contaminantes a la atmósfera que interrumpen los procesos naturales de reequilibrio”. La contaminación química del medio ambiente tiene un impacto significativo en la vida y el comportamiento de una persona, ya que causa un daño significativo a su cuerpo.

Durante mucho tiempo se ha establecido que el comportamiento humano y su salud y patología asociadas están determinados por la naturaleza química del medio ambiente. La elección selectiva de productos químicos subyace en la búsqueda de medicamentos para el tratamiento de diversas enfermedades, incluidas las mentales. Hay muchas sustancias conocidas que causan una violación del comportamiento humano normal, por ejemplo, que conduce a la adicción a las drogas. Sin embargo, representan solo una parte muy pequeña de la gran variedad de productos químicos que tienen efectos bioquímicos en la salud humana. Después de todo, los productos químicos, independientemente de los métodos de penetración en el cuerpo humano, afectan el curso de los procesos bioquímicos en el cuerpo. Esto se debe, en primer lugar, a las leyes de la génesis de los biosistemas en nuestro planeta: en el curso de la evolución química, uno de los primeros cambios importantes fue la transición de una atmósfera reductora a una oxidante, en la que los biosistemas característicos de nuestro tiempo. comenzó a desarrollarse. La armonía de tal evolución se manifiesta claramente en "... una unidad que implica una evolución bioquímica mucho más compleja y mucho más temprana que la evolución biológica, que nos dio formas, fenómenos y patrones de comportamiento tan diversos en el mundo vegetal y animal". En consecuencia, el ambiente químico externo determinó la naturaleza de los organismos que sobrevivieron en el curso de la evolución.

En segundo lugar, la supervivencia de los organismos está asociada con la capacidad desarrollada del organismo para reproducirse. Descifrar el código del ADN -el principal material genético transmitido de generación en generación- ha demostrado que el desarrollo de un individuo se regula a nivel molecular y procede de un gran número de reacciones bioquímicas. Entonces queda claro que todas las demás propiedades del organismo (anatómicas, electrofisiológicas, conductuales, etc.) en cierto sentido dependen de procesos bioquímicos. Esto explica por qué la salud y la patología del cuerpo humano están influenciadas principalmente por factores bioquímicos, por qué los más significativos son los efectos del entorno químico externo.

No hace falta decir que en el curso del proceso evolutivo, se formó la capacidad del biosistema para responder como un todo a las influencias ambientales, de las cuales depende el estado físico del individuo, la razón principal para cambiar este estado de una persona es los procesos neuroquímicos que ocurren en el sistema nervioso, especialmente en el sistema nervioso central, cuya fina organización hace posible llevar a cabo muchos de estos procesos. El cerebro humano contiene, como saben, alrededor de 100 mil millones de neuronas, es una red neuronal, que es un fractal, es decir. tiene una no linealidad. Y el propio cuerpo humano es un sistema dinámico no lineal, por lo que la conexión entre el estado humano y el entorno químico externo en su forma más general no es lineal. Los resultados de los experimentos para identificar la relación entre la sensibilidad del comportamiento y los cambios agudos en el entorno químico, cuando se altera el estado normal del cuerpo, muestran una relación (relación) no lineal (exponencial) entre el estado del cuerpo y una sustancia química exógena. En general, no importa de qué manera los productos químicos ingresan al cuerpo humano: somáticos, por inhalación, a través de la piel o la membrana mucosa, por inyección o implantación; lo principal es que tienen un efecto no lineal en el estado del cuerpo humano. Esto es de no poca importancia para los métodos de control y depuración del medio ambiente de la contaminación química, para que una persona pueda autorizar y realizar adecuadamente sus actividades.

La transición de la construcción de moléculas a la creación de máquinas moleculares, que se está produciendo en la química moderna, merece una reflexión filosófica. La química pertenece a aquellas áreas de conocimiento fundamental que permite sintetizar y estudiar moléculas, lo que significa que la química, como rama de las ciencias naturales, se dedica al estudio de la materia a nivel de su organización molecular. Esta área de investigación parece no tener límites, y de hecho lo es. El catálogo de química contiene cientos de miles de moléculas de origen natural, cuya estructura ha sido descifrada en laboratorios, ya este número se le suman más de 15 millones de moléculas sintetizadas por químicos y que no se encuentran en la naturaleza viva. Metodología de síntesis desarrollada por químicos, métodos para el estudio de la estructura molecular y sus transformaciones (y entre los más novedosos se encuentran la microscopía de efecto túnel y la espectroscopía láser de femtosegundo, en las que se logra una resolución espacial y temporal a nivel de los tamaños de los individuos átomos y sus movimientos en pequeños intervalos de tiempo de fuga en 10 -15 s), le permite comprender con éxito los secretos de la estructura de las moléculas y sus diversas propiedades. Esto se aplica incluso a los más inestables de ellos, descomponiéndose en condiciones normales en millonésimas de segundo.

“¿Significan estos logros”, escribe V.I. Minkin, que la química como ciencia ya ha resuelto su problema, y ​​aunque su capacidad para producir nuevas moléculas en cantidades aún mayores sigue siendo ilimitada, este proceso en sí mismo se está volviendo cada vez más rutinario. De hecho, en la actualidad, por ejemplo, se ha hecho posible sintetizar automáticamente péptidos (proteínas de bajo peso molecular). Tal evaluación del estado general de la ciencia química (una ciencia cuyas leyes son igualmente importantes para la comprensión de la naturaleza animada e inanimada) sería apresurada. Y nada original. De hecho, allá por 1929, el premio Nobel Paul Dirac, con el descubrimiento de la mecánica cuántica, afirmó: “Las leyes físicas básicas necesarias para la teoría matemática de una parte de la física y de toda la química se conocen así por completo, y la única dificultad es que la La aplicación exacta de estas leyes conduce a ecuaciones demasiado complicadas de resolver". Esta tesis de Dirac estuvo en el centro de extensas discusiones entre físicos, químicos y adeptos y opositores a la filosofía del reduccionismo. En muchas monografías y libros de texto sobre química física y teórica, se da esta declaración del clásico de la ciencia y se enfatiza la irrealización de la predicción. Obviamente, Dirac expresó su idea como una especie de hipérbole para enfatizar la importancia excepcional de la nueva teoría del micromundo. Los propios postulados de la mecánica cuántica, las consecuencias que se derivan de ellos, resultaron ser correctos y, como ya se ha demostrado ahora, la ecuación completa de Schrödinger no puede resolverse con exactitud ni siquiera para las moléculas más simples, y las buenas aproximaciones a las soluciones exactas para moléculas medianas las moléculas de tamaño requieren un tiempo de ejecución de supercomputadora, calculado en días. Se puede decir que los métodos de la mecánica cuántica determinan principalmente el ritmo del progreso científico, pero no la naturaleza de la creatividad científica. Se sabe que los creativos son de naturaleza irracional y no se pueden deducir de forma lógica y deductiva; de lo contrario, cualquier persona que conozca la lógica podría hacer descubrimientos científicos (en este caso, la ciencia simplemente no sería necesaria). Además, no debemos olvidar que el sistema periódico de elementos y la teoría de la estructura molecular de los compuestos orgánicos fueron creados por químicos mucho antes de la formación de los principios de la mecánica cuántica e incluso antes del descubrimiento del electrón.

Se sabe que la elección de las direcciones de la investigación científica está dictada por dos factores: la demanda de la necesidad social y el impulso interior del investigador para descubrir nuevos fenómenos y patrones, para penetrar en los secretos de la Naturaleza. En las diferentes etapas del desarrollo de la sociedad, según el nivel de conocimiento alcanzado, cambian las tendencias de la investigación científica y las prioridades para elegir objetivos. En química en las décadas de 1960 y 1980, el enfoque de la investigación estaba en el estudio de la estructura fina de las moléculas, los mecanismos de reacción y la dinámica intramolecular. En la última década, ha habido un claro interés en objetos y objetivos de mayor complejidad: el estudio y modelado de las funciones de sistemas moleculares biológicamente importantes, así como la creación de nuevos materiales de alta tecnología construidos a partir de elementos a nanoescala. Esta tendencia refleja la transición del estudio de moléculas individuales y sus pequeños asociados al estudio de la estructura de propiedades y transformaciones de agregados de moléculas suficientemente grandes, a la construcción dirigida de conjuntos moleculares organizados para crear máquinas moleculares únicas, es decir, dispositivos moleculares en los que los cambios inducidos en las moléculas constituyentes individuales provocan procesos cooperativos en todo el sistema (K. Drexler). Dichos dispositivos pueden usarse para convertir un tipo de energía en otro, acumular energía luminosa, registrar, almacenar y transmitir información, computación molecular, etc. "El diseño de tales dispositivos es un área", V.I. .

Para la química, el cielo permanece abierto de par en par, ya que no es solo una ciencia, sino también un arte. El arte, por supuesto, gracias a la belleza de sus objetos, pero también en su esencia misma, gracias a su capacidad de inventar y crear sin cesar sus objetos, a sí mismo, a su propio futuro. Como un artista, un químico encarna los frutos de su propia imaginación en imágenes materiales. La piedra, los sonidos, las palabras en sí mismas no contienen las obras de un escultor, compositor, escritor creado a partir de ellas. De manera similar, el químico crea nuevas moléculas, nuevos materiales y nuevas propiedades a partir de los elementos proporcionados por la naturaleza. Realmente crea nuevos mundos que no existían hasta que surgieron, tomando forma de manos de un químico, tal como un material, solo saliendo de manos de un maestro, adquiere la fuerza y ​​expresividad de una obra de arte. Esto fue bellamente transmitido en su creación por Aposte Rodin.

La química tiene este potencial creativo. Como Marcel Berthelot: "La química crea sus propios objetos". Ella no solo crea objetos, crea el tema de su investigación. No existe inicialmente, se inventa y crea en el proceso de investigación. No solo está esperando a ser descubierto, está esperando a ser creado. La esencia de la ciencia química encuentra su plena expresión en las palabras del artista-científico Leonardo da Vinci: "... donde la naturaleza deja de crear sus propios objetos, toma el relevo una persona, que crea, utilizando materiales naturales y con la ayuda de naturaleza, innumerables objetos nuevos..." .

La esencia de la química no está sólo en los descubrimientos, sino también en las invenciones, en la creación creativa, ante todo. El libro de química no solo debe leerse, sino también escribirse; la partitura de química no sólo debe ejecutarse, debe componerse. El significado filosófico de la química moderna radica en que permite la construcción de nuevas sustancias y materiales que no se encuentran en la naturaleza viva, y esto, a su vez, introduce una nueva dimensión al sentido de la existencia humana. De hecho, los objetos de la creatividad química supramolecular prometen ser muy complejos y diversos, como resultado de lo cual es posible crear galaxias químicas enteras. La creatividad, como sabéis, sirve para buscar el sentido de nuestra vida, satisfaciendo la más alta necesidad de autorrealización.

En las décadas de 1980 y 1990, los científicos, los políticos y los medios de comunicación debatieron ampliamente las cuestiones ambientales. Se prestó mucha atención a cuestiones mundiales y regionales, como las emisiones de dióxido de carbono (CO 2 ) asociadas con el calentamiento global y el agotamiento del ozono estratosférico debido a las emisiones de clorofluorocarbono (CFC). Sin embargo, los problemas de importancia local fueron considerados no menos serios, ya que sus consecuencias son más obvias e inmediatas. Los problemas relacionados con la contaminación de los recursos hídricos por los productos de lixiviación de los vertederos y la formación de radón en los edificios residenciales son ahora propiedad no solo de unos pocos especialistas, sino también de la preocupación de una amplia gama de la población. Cabe señalar que muchos de estos problemas requieren una comprensión de los mecanismos de las reacciones químicas y, por lo tanto, la química ambiental se está convirtiendo en una disciplina particularmente importante y relevante.

La química ambiental se está convirtiendo actualmente en una de las disciplinas líderes debido al impacto cada vez mayor de los compuestos químicos antropogénicos en el medio ambiente. Este curso describe los principios básicos requeridos para el estudio de la química ambiental y muestra cómo estos principios se aplican a escala local y global y cómo los procesos geoquímicos afectan la escala de tiempo.

El objetivo del curso Fundamentos químicos de la ecología es presentar a los estudiantes algunos de los principios químicos fundamentales que se utilizan en la química ambiental e ilustrar su aplicación en diversas situaciones, tanto a nivel mundial como regional.

La idea principal de este curso es la necesidad de comprender cómo ocurren los procesos geoquímicos naturales y cómo actuaron en varias escalas de tiempo. Esta comprensión proporciona información básica a partir de la cual es posible cuantificar las consecuencias de la intervención humana en los procesos químicos. El curso no intenta proporcionar una descripción exhaustiva, pero incluye temas que cubren los principios químicos fundamentales.

Nota explicativa

El programa "Fundamentos químicos de la ecología" es modificado (Shustov S.B., Shustova L.V. "Química y ecología", Nizhny Novgorod, 1994, Centro humanitario de Nizhny Novgorod). El programa promueve la integración de las ciencias naturales y las humanidades, fortalece el sistema de conocimientos ambientales.

El programa se puede implementar en el plan de estudios de los grados 9-11, implica la eliminación de prejuicios irrazonables contra la química como el "principal culpable" de los males ambientales, una evaluación de su papel positivo en la solución moderna de problemas ambientales, la formación de un visión optimista del futuro y fe en la mente humana.

Objetivo

Sentar las bases para la percepción del curso básico de química desde el punto de vista de la problemática ambiental, desarrollar el conocimiento de las ciencias naturales e introducir a los estudiantes en la visión de los aspectos químicos de la ecología.

Tareas

1. Desarrollo del interés cognitivo por los problemas ambientales.

2. Desarrollo de la autoeducación personal.

3. Creación de un ambiente confortable, una atmósfera de cooperación.

4. Formación de actividad pública en materia ambiental.

5. Formación de conocimientos y habilidades especiales.

Resultados previstos

Los estudiantes deben repensar los fundamentos del curso básico de química desde el punto de vista de los problemas ambientales, corregir el estereotipo de actitud hacia la química como el “principal culpable” de los problemas ambientales. La implementación del programa brindará la oportunidad de influir en la formación de principios de vida entre los estudiantes de secundaria basados ​​​​en la cooperación del hombre con la naturaleza, la educación de una actitud responsable hacia la naturaleza.

Además, un ambiente cómodo y favorable y una atmósfera de cooperación en el aula contribuye a la autoformación.

Métodos para evaluar conocimientos, habilidades y frecuencia.

Pruebas iniciales, intermedias y finales.

Introducción. 2 horas (1+1)

La química es la ciencia de las sustancias y sus transformaciones. La ecología es una ciencia que estudia la relación de los organismos entre sí y el medio ambiente. La relación de la química y la ecología, su papel en el conocimiento del mundo circundante. La protección de la naturaleza es un conjunto de medidas para la protección y conservación de los objetos naturales y el uso racional de los recursos naturales. El doble papel del hombre en el medio ambiente.

Parte práctica. Entrevistar (encuesta) a escolares para identificar su actitud hacia la naturaleza y su protección y comparar sus respuestas con su actitud personal hacia el problema.

Tema número 1. Los conceptos químicos más importantes. 3 horas (2+1)

Sustancias químicas y reacciones químicas. Sustancias simples y complejas. Principales clases de sustancias. Representación gráfica de sustancias. Ecuaciones de reacciones químicas. Familiaridad con las precauciones de seguridad cuando se trabaja en un laboratorio químico.

Parte práctica. Comparación de fenómenos físicos y reacciones químicas. Demostración del cambio de color de los indicadores en varios entornos.

Tema número 2. Conceptos ecológicos básicos. 4 horas (3+1)

Filtros ecológicos. Organismo, Cadenas alimentarias. El concepto de MPC. Pirámide ecológica de números y masas. Biosfera. Noosfera. Niveles de problemas ambientales: local, regional, global. Crisis ecológica.

Parte práctica. Determinación del nivel de problemas ambientales.

Tema número 3. El cuerpo humano es un laboratorio químico. 4 horas (3+1)

Organización química de los organismos. El concepto de sustancias orgánicas: proteínas, grasas, carbohidratos, ácidos nucleicos, hormonas, vitaminas. Sustancias inorgánicas: agua, sales de sodio, potasio, calcio. Compuestos de hierro, cobre, cobalto, fósforo y su biorol. Causas del rápido envejecimiento del cuerpo. La ortobiosis es un estilo de vida saludable.

Parte práctica. Familiarización con la composición del esmalte dental y la dentina. Causas de la caries.

Tema № 4. La atmósfera terrestre y su protección. 4 horas (2+2)

La atmósfera es el medio ambiente del aire. El aire y sus componentes. Composición del aire inhalado y exhalado. Higiene del aire. Daño a la salud humana por fumar. Causas del efecto invernadero, destrucción de la capa de ozono y posibles consecuencias. Protección atmosférica. Combustibles ecológicos limpios. Fuentes de energía alternativas.

Parte práctica. Juego: "Si yo fuera alcalde..." Concurso de proyectos: "Modos de transporte limpios del siglo XXI".

Tema número 5. Hidrosfera y su protección. 4 horas (2+2)

El agua, su composición y propiedades. La hidrosfera es el hábitat acuático de los organismos. Las principales fuentes y formas de contaminación de los cuerpos de agua: extracción y transporte de petróleo, carbón, minerales, efluentes industriales, agrícolas y domésticos. El problema de la escasez de agua dulce y su solución.

Parte práctica. 1. Juego de simulación: "Reunión operativa" (problema: petróleo en el mar). 2. Previsión ambiental. Valoración de la situación: los conductores lavan los coches en la orilla de un embalse. Desarrollo de un proyecto de un sitio ambientalmente amigable para el lavado de autos.

Tema número 6. La litosfera y su protección. 4 horas (2+2)

La litosfera y sus límites. El suelo y sus funciones. Contaminación del suelo con metales pesados ​​(fuentes, consecuencias, protección). La acumulación de plaguicidas en el suelo es un medio químico de controlar las malas hierbas y las enfermedades de las plantas. El impacto de los plaguicidas en el medio ambiente natural. Métodos alternativos de control de plagas. El problema de los vertederos urbanos e industriales y formas de solucionarlo.

Parte práctica. Mesa redonda "Plaguicidas y medio ambiente". Redacción de un memorándum para el residente de verano.

Tema número 7. Química en casa. 4 horas (2+2)

Las principales sustancias utilizadas en la vida cotidiana, sus propiedades. Precauciones de seguridad al manipular productos químicos domésticos. Primeros auxilios para intoxicaciones químicas y quemaduras. Etanol (composición, propiedades, doble función en relación con los humanos)

Parte práctica. 1. Conocimiento de los principales grupos de sustancias utilizadas en la vida cotidiana. Concurso de Seguridad en el Hogar. 2. Discusión: Etanol: hechos a favor y en contra.

Tema número 8. La tierra es nuestra casa común. 4 horas (2+2)

Ciclo de las sustancias en la biosfera. La abundancia de elementos en la corteza terrestre. El concepto de métodos para controlar el flujo de metales en organismos vegetales y animales. Los xentobióticos son sustancias que no son propias de los organismos vivos (cosméticos, aerosoles). ecoenvenenamiento. Alergia por intoxicación ambiental. Formas de preservar la pureza de la biosfera. El papel de la ecología, la química en la solución de problemas ambientales.

El programa está diseñado para 34 horas, de las cuales - 20 horas de teoría, 14 horas de práctica.

Plan educativo y temático

Nº p/p

Título de las secciones, tema

Número de horas

Total

teoría

práctica

Introducción

Los conceptos químicos más importantes.

La atmósfera terrestre y su protección.

Hidrosfera y su protección

La litosfera y su protección

quimica en casa

La tierra es nuestra casa común

TOTAL:

34

20

14

Apoyo metodológico

Tema

Forma de ocupación

Técnicas, métodos

Materiales metodológicos y didácticos

Equipo técnico

formulario de resumen

Introducción

trabajo en equipo

entrevistando

tarea de grupo

Conversación

Tarjetas

resumiendo

entrevistando

Los conceptos químicos más importantes.

Lección práctica

Tareas de grupo

mesas

Esquema

Soluciones de ácidos, álcalis, sales y varios indicadores.

resumen

Conceptos ecológicos básicos

grupo

Individual

Práctico

Conferencia

Conversación

Diapositivas

mesas

Pantalla

Presentación

El cuerpo humano es un laboratorio químico.

grupo

Práctico

Conferencia

Tarjetas didácticas

Trabajo practico

mesas

Esquema

Tarjetas didácticas

Reporte

Hidrosfera y su protección

Trabajo en grupo Juego de simulación Predicción Simulación

Tareas grupales e individuales Conversación

Tarjetas didácticas Mesas Diapositivas

Pantalla

juego de simulación

La litosfera y su protección

Trabajo en grupo Mesa redonda

Conferencia Conversación Tareas individuales

Video de tarjetas didácticas

Grabadora de vídeo

Mesa redonda Redacción de un memorándum para el residente de verano

La atmósfera y su protección

Trabajo en grupo Trabajo individual

El juego

Conferencia Tareas creativas Tareas grupales

mesas

Esquema

Diapositivas

Pantalla

Competencia

proyectos

quimica en casa

Tareas prácticas Discusión

Tareas individuales Tareas grupales Conversación

Tarjetas didácticas

Sustancias utilizadas en la vida cotidiana.

Discusión "Etanol: pros y contras"

La tierra es nuestra casa común

Clases en grupo Clase práctica Conferencia

Conferencia

Conversación

Tareas de grupo

mesas

Esquema

diapositivas

Pantalla

Conferencia "Química y Ecología"

Bibliografía

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Aspectos ecológicos de la química de los elementos.

Microelementos y enzimas. Introducción a las metaloenzimas. Enzimas específicas y no específicas. El papel de los iones metálicos en las enzimas. Similitud horizontal en la acción biológica de los elementos D. Sinergismo y antagonismo de elementos.

La propensión de los iones de elementos d a la hidrólisis y polimerización.

En ambientes ácidos, los iones del elemento d están en forma de iones hidratados [M(H 2 O) m] n+. Con un aumento en el pH, los iones hidratados de muchos elementos D, debido a la gran carga y al pequeño tamaño del ion, tienen un alto efecto polarizador en las moléculas de agua, una capacidad aceptora de iones hidróxido, se someten a hidrólisis catiónica y forman covalentes fuertes. enlaces con OH-. El proceso termina con la formación de sales básicas [M (OH) m] (m-n) +, o hidróxidos insolubles M (OH) n, o complejos hidroxo [M (OH) m] (n-m) -. El proceso de interacción hidrolítica puede continuar con la formación de complejos multinucleares como resultado de la reacción de polimerización.

2. 4. Papel biológico de los elementos d (elementos de transición)

Los elementos, cuyo contenido no supera el 10 -3%, forman parte de enzimas, hormonas, vitaminas y otros compuestos vitales. Para el metabolismo de proteínas, carbohidratos y grasas son necesarios: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; en la síntesis de proteínas involucradas: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr, en la hematopoyesis - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; en la respiración - Mg, Fe, Сu, Zn, Mn y Co. Por esta razón, los microelementos se utilizan ampliamente en medicina, como microfertilizantes para cultivos extensivos, como aderezo en ganadería, avicultura y piscicultura. Los oligoelementos forman parte de un gran número de biorreguladores de los sistemas vivos, que se basan en biocomplejos. Las enzimas son proteínas especiales que actúan como catalizadores en los sistemas biológicos. Las enzimas son catalizadores únicos con una eficiencia insuperable y una alta selectividad. Un ejemplo de la eficiencia de la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno 2H 2 O 2 ® 2H 2 O +O 2 en presencia de enzimas se muestra en la tabla 6.

Tabla 6. Energía de activación (E o) y velocidad relativa de la reacción de descomposición del H 2 O 2 en ausencia y presencia de varios catalizadores

Hoy en día se conocen más de 2000 enzimas, muchas de las cuales catalizan una única reacción. La actividad de un gran grupo de enzimas se manifiesta solo en presencia de ciertos compuestos no proteicos, llamados cofactores. Los iones metálicos o los compuestos orgánicos actúan como cofactores. Aproximadamente un tercio de las enzimas son activadas por metales de transición.

Los iones metálicos en las enzimas realizan una serie de funciones: son el grupo electrofílico del centro activo de la enzima y facilitan la interacción con las regiones cargadas negativamente de las moléculas del sustrato; forman una conformación catalíticamente activa de la estructura de la enzima (los iones de zinc y manganeso toman participar en la formación de la estructura helicoidal del ARN), participar en el transporte de electrones (complejos de transferencia de electrones). La capacidad de un ion metálico para desempeñar su papel en el centro activo de la enzima correspondiente depende de la capacidad del ion metálico para formar complejos, la geometría y la estabilidad del complejo formado. Esto proporciona un aumento en la selectividad de la enzima con respecto a los sustratos, activación de enlaces en la enzima o sustrato a través de la coordinación y cambio en la forma del sustrato de acuerdo con los requisitos estéricos del centro activo.

Los biocomplejos difieren en la estabilidad. Algunos de ellos son tan duraderos que están constantemente en el cuerpo y realizan una función específica. En los casos en que el enlace entre el cofactor y la proteína enzimática es fuerte y es difícil separarlos, se denomina "grupo prostético". Dichos enlaces se han encontrado en enzimas que contienen un compuesto de hierro complejo hemo con un derivado de porfina. El papel de los metales en tales complejos es muy específico: reemplazarlo incluso con un elemento con propiedades similares conduce a una pérdida significativa o completa de la actividad fisiológica. Estas enzimas son a enzimas específicas.

Ejemplos de tales compuestos son la clorofila, la polifenil oxidasa, la vitamina B 12, la hemoglobina y algunas metaloenzimas (enzimas específicas). Pocas enzimas participan en una sola reacción específica o única.

Las propiedades catalíticas de la mayoría de las enzimas están determinadas por el centro activo formado por varios microelementos. Las enzimas se sintetizan mientras dura la función. El ion metálico actúa como activador y puede ser reemplazado por otro ion metálico sin pérdida de la actividad fisiológica de la enzima. Estos son asignados a enzimas no específicas.

Las siguientes son enzimas en las que diferentes iones metálicos realizan funciones similares.

Tabla 7. Enzimas en las que diferentes iones metálicos realizan funciones similares

Un oligoelemento puede activar el trabajo de varias enzimas, y una enzima puede ser activada por varios oligoelementos. Las enzimas con microelementos en el mismo estado de oxidación +2 tienen la mayor similitud en la acción biológica. Como puede verse, los oligoelementos de los elementos de transición en su acción biológica se caracterizan por una similitud más horizontal que vertical en el sistema periódico de D.I. Mendeleev (en la serie Ti-Zn).A la hora de decidir el uso de uno u otro oligoelemento, es de suma importancia tener en cuenta no solo la presencia de formas móviles de este elemento, sino también otras que tengan el mismo estado de oxidación. y pueden reemplazarse entre sí en la composición de las enzimas.

Algunas metaloenzimas ocupan una posición intermedia entre enzimas específicas e inespecíficas. Los iones metálicos actúan como cofactor. El aumento de la fuerza del biocomplejo enzimático aumenta la especificidad de su acción biológica. La eficiencia de la acción enzimática del ion metálico de la enzima está influenciada por su grado de oxidación. Según la intensidad de la influencia, los microelementos se organizan en la siguiente fila:

Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+ . El ion Mn 3+, en contraste con el ion Mn 2+, está fuertemente asociado con las proteínas, y el Fe 3+ junto con los grupos que contienen oxígeno es predominantemente una parte de las metaloproteínas.

Los oligoelementos en forma de complejo actúan en el cuerpo como un factor que aparentemente determina la alta sensibilidad de las células a los oligoelementos a través de su participación en la creación de un alto gradiente de concentración. Los valores de los radios atómicos e iónicos, las energías de ionización, los números de coordinación, la tendencia a formar enlaces con los mismos elementos en las moléculas de bioligando determinan los efectos observados durante la sustitución mutua de iones: puede ocurrir con un aumento (sinergismo), y con la inhibición de su actividad biológica (antagonismo) elemento que se reemplaza. Los iones de elementos d en el estado de oxidación +2 (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) tienen características fisicoquímicas similares a las de los átomos (estructura electrónica del nivel externo, radios de iones cercanos, tipo de hibridación de orbitales, valores cercanos). de constantes de estabilidad con bioligandos). La similitud de las características fisicoquímicas del agente complejante determina la proximidad de su acción biológica y su intercambiabilidad. Los elementos de transición anteriores estimulan los procesos de hematopoyesis, mejoran los procesos metabólicos. La sinergia de elementos en los procesos de hematopoyesis posiblemente esté asociada a la participación de iones de estos elementos en diversas etapas del proceso de síntesis de células sanguíneas humanas.

Para s - elementos del grupo I, en comparación con otros elementos de su período, una pequeña carga de los núcleos de los átomos, un bajo potencial de ionización de los electrones de valencia, un gran tamaño del átomo y su aumento en el grupo de arriba a abajo. son característicos. Todo esto determina el estado de sus iones en soluciones acuosas en forma de iones hidratados. La mayor similitud del litio con el sodio determina su intercambiabilidad, la sinergia de su acción. Propiedades destructivas en soluciones acuosas de iones de potasio, rubidio y cesio, asegura su mejor permeabilidad de membrana, intercambiabilidad y sinergia de su acción. La concentración de K+ en el interior de las células es 35 veces mayor que en el exterior, y la concentración de Na+ en el líquido extracelular es 15 veces mayor que en el interior de la célula. Estos iones son antagonistas en los sistemas biológicos. s - Los elementos del grupo II en el cuerpo se encuentran en forma de compuestos formados por ácidos fosfórico, carbónico y carboxílico. El calcio, contenido principalmente en el tejido óseo, tiene propiedades cercanas al estroncio y al bario, que pueden reemplazarlo en los huesos. En este caso, se observan ambos casos de sinergismo y antagonismo. Los iones de calcio también son antagonistas de los iones de sodio, potasio y magnesio. La similitud de las características fisicoquímicas de los iones Be 2+ y Mg 2+ determina su intercambiabilidad en compuestos que contienen enlaces Mg-N y Mg-O. Esto puede explicar la inhibición de las enzimas que contienen magnesio cuando el berilio ingresa al cuerpo. El berilio es un antagonista del magnesio. En consecuencia, las propiedades fisicoquímicas y la acción biológica de los microelementos están determinadas por la estructura de los átomos. La mayoría de los elementos biogénicos son miembros del segundo, tercer y cuarto período del D.I. Mendeleev. Estos son átomos relativamente ligeros, con una carga relativamente pequeña de los núcleos de sus átomos.

2. 4. 2. El papel de los compuestos de elementos de transición en la transferencia de electrones en los sistemas vivos.

En un organismo vivo, muchos procesos tienen una naturaleza cíclica, similar a una onda. Los procesos químicos subyacentes deben ser reversibles. La reversibilidad de los procesos está determinada por la interacción de factores termodinámicos y cinéticos. Las reacciones reversibles incluyen aquellas con constantes de 10 -3 a 10 3 y con un pequeño valor de DG 0 y DE 0 del proceso. En estas condiciones, las concentraciones de las sustancias iniciales y los productos de reacción pueden estar en concentraciones comparables, y cambiándolas en un cierto rango, es posible lograr la reversibilidad del proceso. Desde el punto de vista cinético, debería haber energías de activación bajas. Por esta razón, los iones metálicos (hierro, cobre, manganeso, cobalto, molibdeno, titanio y otros) son un conveniente portador de electrones en los sistemas vivos. La adición y liberación de un electrón provoca cambios únicamente en la configuración electrónica del ion metálico, sin cambiar significativamente la estructura del componente orgánico del complejo. Se asigna un papel único en los sistemas vivos a dos sistemas redox: Fe 3+ /Fe 2+ y Cu 2+ /Cu + . Los bioligandos estabilizan la forma oxidada en mayor medida en el primer par y predominantemente la forma reducida en el segundo par. Por esta razón, en los sistemas que contienen hierro, el potencial formal siempre es menor, y en los sistemas que contienen cobre, el potencial formal suele ser mayor, los sistemas redox que contienen cobre y hierro cubren una amplia gama de potenciales, lo que les permite interactuar con muchos sustratos. , acompañado de cambios moderados en DG 0 y DE 0, lo que cumple las condiciones de reversibilidad. Una etapa importante del metabolismo es la separación del hidrógeno de los nutrientes. En este caso, los átomos de hidrógeno pasan al estado iónico y los electrones separados de ellos entran en la cadena respiratoria; en esta cadena, al pasar de un compuesto a otro, ceden su energía para formar una de las fuentes básicas de energía, el ácido trifosfórico de adenosina (ATP), y ellos mismos, finalmente, llegan a la molécula de oxígeno y se adhieren a ella, formando moléculas de agua. El puente a lo largo del cual oscilan los electrones son compuestos complejos de hierro con un núcleo de porfirina, similar en composición a la hemoglobina.

Un gran grupo de enzimas que contienen hierro que catalizan el proceso de transferencia de electrones en las mitocondrias se denomina comúnmente citocromos(c. x.), En total, se conocen unos 50 citocromos. Los citocromos son porfirinas de hierro, en las que los seis orbitales del ion de hierro están ocupados por átomos donantes, el bioligando. La diferencia entre los citocromos está solo en la composición de las cadenas laterales del anillo de porfirina. Las variaciones en la estructura del bioligando provocan una diferencia en la magnitud de los potenciales formales. Todas las células contienen al menos tres proteínas estructuralmente relacionadas, llamadas citocromos a, b, c. En el citocromo c, la conexión con el residuo de histidina de la cadena polipeptídica se realiza a través del núcleo de porfirina.El sitio de coordinación libre en el ion hierro está ocupado por el residuo de metionina de la cadena polipeptídica:

Uno de los mecanismos de funcionamiento de los citocromos, que constituyen uno de los eslabones de la cadena de transporte de electrones, es la transferencia de un electrón de un sustrato a otro.

Desde un punto de vista químico, los citocromos son compuestos que presentan dualidad redox en condiciones reversibles.

La transferencia de electrones por el citocromo c se acompaña de un cambio en el estado de oxidación del hierro:

C. X. Fe 3+ + e "c.xFe 2+

Los iones de oxígeno reaccionan con los iones de hidrógeno del medio ambiente y forman agua o peróxido de hidrógeno. El peróxido se descompone rápidamente por una enzima catalasa especial en agua y oxígeno de acuerdo con el esquema:

2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2

La enzima peroxidasa acelera las reacciones de oxidación de sustancias orgánicas con peróxido de hidrógeno según el esquema:

Estas enzimas tienen hemo en su estructura, en el centro del cual hay hierro con un estado de oxidación de +3 (2 sección 7.7).

En la cadena de transporte de electrones, el citocromo c transfiere electrones a los citocromos llamados citocromo oxidasas. Οʜᴎ contienen iones de cobre. El citocromo es un transportador de un solo electrón. La presencia de cobre, junto con el hierro, en uno de los citocromos lo convierte en un portador de dos electrones, lo que permite controlar la velocidad del proceso.

El cobre es parte de una enzima importante, la superóxido dismutasa (SOD), que utiliza el ion superóxido tóxico O 2, en el cuerpo por la reacción

[SOD Cu 2+] + ® O 2 - [SOD Cu +] + O 2

[SOD Cu +] + O 2 - + 2H + ® [SOD Cu 2+] + H 2 O 2

El peróxido de hidrógeno se descompone en el cuerpo bajo la acción de la catalasa.

Actualmente se conocen alrededor de 25 enzimas que contienen cobre. Οʜᴎ forman un grupo de oxigenasas e hidroxilasas. La composición, el mecanismo de su acción se describe en el trabajo (2, sección 7.9.).

Los complejos de elementos de transición son una fuente de microelementos en una forma biológicamente activa con alta permeabilidad de membrana y actividad enzimática. Οʜᴎ participa en la protección del cuerpo contra el "estrés oxidativo". Esto se debe a su participación en la utilización de productos metabólicos que determinan el proceso de oxidación descontrolada (por peróxidos, radicales libres y otras partículas oxigenoactivas), así como en la oxidación de sustratos. El mecanismo de la reacción de radicales libres de oxidación de sustrato (RN) con peróxido de hidrógeno con la participación de un complejo de hierro (FeL) como catalizador puede representarse mediante esquemas de reacción.

RN+. OH®R. + H2O; r + FeL ® R + + FeL

sustrato

R + + OH - ® RON

Sustrato oxidado

El curso posterior de la reacción por radicales conduce a la formación de productos con un mayor grado de hidroxilación. Otros radicales actúan de manera similar: HO 2. , O 2 . , . Sobre 2 - .

2. 5. Características generales de los elementos del bloque p

Elementos en los que la finalización del subnivel p del nivel de valencia exterior se denomina p-elementos. La estructura electrónica del nivel de valencia ns 2 p 1-6. Los electrones de los subniveles s y p son de valencia.

Tabla 8. La posición de los elementos p en la Tabla Periódica de los Elementos.

Período	Grupo
IIIA	IVA	Virginia	A TRAVÉS DE	VIIA	VIIIA
		(C)	(NORTE)	(o)	(F)	Nordeste
			(PAGS)	(S)	(Cl)	Arkansas
	Georgia					kr
	En	sn	Sb	Te	(YO)	Xe
	Tl	Pb	Bi	Correos	A	Rn
	pág. 1	pág. 2	pág. 3	pág. 4	pág. 5	R 6
() - elementos insustituibles, - elementos biogénicos

En periodos de izquierda a derecha aumenta la carga de los núcleos, cuya influencia prevalece sobre el aumento de las fuerzas de repulsión mutua entre electrones. Por esta razón, el potencial de ionización, la afinidad electrónica y, en consecuencia, la capacidad aceptora y las propiedades no metálicas aumentan en periodos. Todos los elementos que se encuentran en la diagonal Br - At y arriba son no metales y forman solo compuestos covalentes y aniones. Todos los demás elementos p (a excepción del indio, el talio, el polonio y el bismuto, que exhiben propiedades metálicas) son elementos anfóteros y forman tanto cationes como aniones, y ambos están fuertemente hidrolizados. La mayoría de los elementos p no metálicos son biogénicos (con la excepción de los gases nobles, el telurio y el astato). De los elementos p (metales), solo el aluminio se considera biogénico. Diferencias en las propiedades de los elementos adyacentes, tanto en el interior; y para el período: son mucho más pronunciados que los de los elementos s. p-Elementos del segundo período: nitrógeno, oxígeno, flúor tienen una capacidad pronunciada para participar en la formación de enlaces de hidrógeno. Los elementos del tercer período y posteriores pierden esta capacidad. Su similitud radica solo en la estructura de las capas externas de electrones y los estados de valencia que surgen debido a los electrones no apareados en los átomos no excitados. El boro, el carbono, y especialmente el nitrógeno, son muy diferentes del resto de elementos de sus grupos (presencia de subniveles d y f).

Todos los elementos p, y especialmente los elementos p del segundo y tercer período (C, N, P, O, S, Si, Cl) forman numerosos compuestos entre sí y con los elementos s, d y f. La mayoría de los compuestos conocidos en la Tierra son compuestos ϶ᴛᴏ de elementos p. Los cinco elementos p principales (macrobiogénicos) de la vida - O, P, C, N y S - son el principal material de construcción a partir del cual se componen las moléculas de proteínas, grasas, carbohidratos y ácidos nucleicos. De los compuestos de bajo peso molecular de los elementos p, los oxoaniones son los de mayor importancia: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- e iones halogenuros. Los elementos p tienen muchos electrones de valencia con diferentes energías. Por lo tanto, los compuestos muestran diferentes grados de oxidación. Por ejemplo, el carbono exhibe varios estados de oxidación de -4 a +4. Nitrógeno - de -3 a +5, cloro - de -1 a +7.

Durante la reacción, el elemento p puede donar y aceptar electrones, actuando respectivamente como agente reductor o como agente oxidante, dependiendo de las propiedades del elemento con el que interactúa. Esto da lugar a una amplia gama de compuestos formados por ellos. La transición mutua de átomos del elemento p de diferentes estados de oxidación, incluso a través de procesos redox metabólicos (por ejemplo, la oxidación de un grupo alcohol a su aldehído y luego a carboxilo, etc.) provoca una gran cantidad de transformaciones químicas.

Un compuesto de carbono presenta propiedades oxidantes si, como resultado de una reacción, los átomos de carbono aumentan el número de sus enlaces con átomos de elementos menos electronegativos (metal, hidrógeno) porque, al atraer electrones de enlace común, el átomo de carbono baja su estado de oxidación.

CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH \u003d O ® -COOH ® CO 2

La redistribución de electrones entre el agente oxidante y el agente reductor en los compuestos orgánicos solo puede ir acompañada de un cambio en la densidad electrónica total del enlace químico al átomo que actúa como agente oxidante. En el caso de una fuerte polarización, este enlace puede romperse.

Los fosfatos en los organismos vivos sirven como componentes estructurales del esqueleto de las membranas celulares y los ácidos nucleicos. El tejido óseo se construye principalmente a partir de hidroxiapatita Ca 5 (PO 4) 3 OH. Los fosfolípidos son la base de las membranas celulares. Los ácidos nucleicos están compuestos por cadenas de ribosa o desoxirribosa fosfato. Además, los polifosfatos son la principal fuente de energía.

En el cuerpo humano, el NO se sintetiza necesariamente utilizando la enzima NO-sintasa del aminoácido arginina. La vida útil del NO en las células del cuerpo es de aproximadamente un segundo, pero su funcionamiento normal no es posible sin el NO. Este compuesto proporciona: relajación de los músculos lisos de los músculos vasculares, regulación del trabajo del corazón, funcionamiento efectivo del sistema inmunológico, transmisión de impulsos nerviosos. Se espera que el NO desempeñe un papel importante en el aprendizaje y la memoria.

Las reacciones redox, en las que participan los elementos p, son la base de su efecto tóxico en el cuerpo. El efecto tóxico de los óxidos de nitrógeno está asociado con su alta capacidad redox. Los nitratos ingeridos en los alimentos se reducen a nitritos en el cuerpo.

NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O

Los nitritos son altamente tóxicos. Οʜᴎ convierte la hemoglobina en metahemoglobina, que es un producto de la hidrólisis y oxidación de la hemoglobina.

Como resultado, la hemoglobina pierde su capacidad de transportar oxígeno a las células del cuerpo. El cuerpo desarrolla hipoxia. Al mismo tiempo, los nitritos, como sales de un ácido débil, reaccionan con el ácido clorhídrico en el contenido gástrico, formando ácido nitroso, que forma nitrosaminas cancerígenas con aminas secundarias:

El efecto biológico de los compuestos orgánicos de alto peso molecular (aminoácidos, polipéptidos, proteínas, grasas, carbohidratos y ácidos nucleicos) está determinado por los átomos (N, P, S, O) o grupos de átomos (grupos funcionales) formados en los que actúan. como centros químicamente activos, donantes de pares de electrones capaces de formar enlaces de coordinación con iones metálicos y moléculas orgánicas. Por lo tanto, los elementos p forman compuestos quelantes polidentados (aminoácidos, polipéptidos, proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos). Cabe decir que se caracterizan por reacciones de complejación, propiedades anfóteras, reacciones de hidrólisis de tipo aniónico. Estas propiedades determinan su participación en procesos bioquímicos básicos, al asegurar el estado de isohidria. Οʜᴎ forman sistemas tampón de proteínas, fosfatos y carbonato de hidrógeno. Participan en el transporte de nutrientes, productos metabólicos y otros procesos.

3. 1. El papel del medio ambiente. Química de la contaminación atmosférica. El papel del médico en la protección del medio ambiente y la salud humana.

A. P. Vinogradov demostró que la superficie de la tierra es heterogénea en composición química. Las plantas y los animales, así como los humanos, ubicados en el territorio de diferentes zonas, usan nutrientes que no tienen la misma composición química y responden a esto con ciertas reacciones fisiológicas y una cierta composición química del cuerpo. Los efectos causados ​​por los oligoelementos dependen de su ingesta en el organismo. Las concentraciones de biometales en el cuerpo durante el funcionamiento normal se mantienen en un nivel estrictamente definido (dosis biótica) con la ayuda de proteínas y hormonas apropiadas. Las existencias de biometales en el cuerpo se reponen sistemáticamente. Οʜᴎ están contenidos en cantidades suficientes en los alimentos ingeridos. La composición química de las plantas y los animales que buscan alimento afecta al cuerpo.

La producción industrial intensiva ha llevado a la contaminación ambiental con sustancias "dañinas", incluidos compuestos de elementos de transición. En la naturaleza, hay una redistribución intensiva de elementos en las provincias biogeoquímicas. La vía principal (hasta un 80%) de su ingesta con el organismo es nuestra alimentación. Dada la contaminación antropogénica del medio ambiente, es extremadamente importante tomar medidas radicales para rehabilitar el medio ambiente y las personas que viven en él. Este problema en muchos países europeos se antepone a los problemas de crecimiento económico y se encuentra entre las prioridades. En los últimos años se ha incrementado la emisión de diversos contaminantes. La previsión de desarrollo de la industria permite concluir que habrá un aumento adicional en la cantidad de emisiones y contaminantes ambientales.

Las zonas reales en las que, como consecuencia de la actividad vital, se realiza la circulación de los elementos, se denominan ecosistemas o, como el académico V.N. Sukachov, biogeocenosis. El hombre es parte integral de los ecosistemas de nuestro planeta. En su vida, una persona puede interrumpir el curso del ciclo biogénico natural. El medio ambiente está contaminado por muchas industrias. Según las enseñanzas de V. I. Vernadsky, el caparazón de nuestro planeta, cambiado por la actividad económica humana, se llama noosfera. Abarca toda la biosfera y va más allá de sus límites (estratosfera, minas profundas, pozos, etc.). El papel principal en la noosfera lo desempeña la migración tecnogénica de elementos: la tecnogénesis. La investigación sobre la geoquímica de la noosfera es la base teórica para el uso racional de los recursos naturales y la lucha contra la contaminación ambiental. La contaminación ambiental gaseosa, líquida y sólida forma aerosoles tóxicos (niebla, humo) en la capa superficial de la atmósfera. Cuando la atmósfera está contaminada con dióxido de azufre, alta humedad en ausencia de temperatura, se forma un olor tóxico. El principal daño al medio ambiente es causado por los productos de oxidación de SO 2, SO 3 y ácidos H 2 SO 3 y H 2 SO 4. Como resultado de las emisiones de óxido de azufre, nitrógeno en las regiones industriales, se observan lluvias "ácidas". El agua de lluvia que contiene altas concentraciones de iones de hidrógeno puede filtrar iones metálicos tóxicos:

ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H 2 O

Durante el funcionamiento de un motor de combustión interna se liberan óxidos de nitrógeno, cuyo producto de conversión es el ozono:

N 2 + O 2 "2NO (en el cilindro del motor)

De gran preocupación para la sociedad son los problemas ambientales, cuya esencia química es proteger la biosfera del exceso de óxidos de carbono y metano, que crean un "efecto invernadero", óxidos de azufre y nitrógeno, que conducen a la "lluvia ácida"; derivados del halógeno (cloro, flúor) hidrocarburos que violan el "escudo de ozono de la Tierra"; sustancias cancerígenas (hidrocarburos poliaromáticos y productos de su combustión incompleta) y otros productos. Hoy en día, no sólo el problema de la protección del medio ambiente está cobrando relevancia, sino también la protección del medio ambiente interno. Hay un número creciente de sustancias que ingresan al organismo vivo, que son extrañas, ajenas a la vida y se llaman xenobióticos. Según la Organización Mundial de la Salud, hay alrededor de 4 millones de ellos.Οʜᴎ ingresan al cuerpo con alimentos, agua y aire, así como en forma de medicamentos (formas de dosificación).

Esto se debe a la baja cultura de los fabricantes y consumidores de productos químicos, quienes no tienen conocimientos químicos profesionales. De hecho, sólo el desconocimiento de las propiedades de las sustancias, la incapacidad de prever las consecuencias de su uso excesivo pueden causar pérdidas irreparables de la naturaleza, de la que el hombre es un elemento integral. De hecho, hasta ahora, algunos fabricantes, e incluso trabajadores médicos, se comparan con el molinero de Bulgakov, que quería recuperarse inmediatamente de la malaria con una increíble dosis (de choque) de quinina, pero no tuvo tiempo: murió. El papel de varios elementos químicos en la contaminación ambiental y la aparición de enfermedades, incluidas las ocupacionales, aún no está suficientemente estudiado. Es necesario analizar la entrada al medio ambiente de diversas sustancias como resultado de la actividad humana, las formas en que ingresan al cuerpo humano, las plantas, su interacción con los organismos vivos a diferentes niveles y desarrollar un sistema de medidas efectivas dirigidas tanto a prevenir mayores contaminación ambiental y la creación de los medios biológicos necesarios para proteger el medio ambiente interno del cuerpo. Los trabajadores médicos están obligados a participar en el desarrollo y aplicación de medidas técnicas, preventivas, sanitarias e higiénicas y de mejora de la salud.

3.2 Provincias bioquímicas. enfermedades endémicas.

Las zonas dentro de las cuales los animales y las plantas se caracterizan por una determinada composición química elemental se denominan provincias biogeoquímicas. Las provincias biogeoquímicas son taxones de la biosfera de tercer orden: territorios de varios tamaños como parte de subregiones de la biosfera con reacciones características constantes de los organismos (por ejemplo, enfermedades endémicas). Distinguir - dos tipos de provincias biogeoquímicas - naturales y tecnogénicas, que surgen del | desarrollo de yacimientos minerales, emisiones de las industrias metalúrgica y química, el uso de fertilizantes en la agricultura. Es necesario prestar atención al papel de los microorganismos en la creación de las características geoquímicas del medio ambiente. La deficiencia y el exceso de elementos pueden conducir a la formación de provincias biogeoquímicas, tanto por la falta de elementos (yodo, flúor, calcio, cobre y otras provincias) como por exceso (bórico, molibdeno, flúor, cobre, etc.). Un problema interesante e importante es la deficiencia de bromo en las regiones continentales, las regiones montañosas y el exceso de bromo en los paisajes costeros y volcánicos. En estas regiones, la evolución del sistema nervioso central procedió cualitativamente diferente. Se ha descubierto una provincia biogeoquímica en los Urales del Sur en rocas enriquecidas con níquel. Vale la pena decir que se caracteriza por formas feas de pastos, enfermedades de las ovejas asociadas con un mayor contenido de níquel en el medio ambiente.

La relación de provincias biogeoquímicas con su estado ecológico permitió distinguir los siguientes territorios: a) con una situación ecológica relativamente satisfactoria - (zona de bienestar relativo); b) con violaciones ambientales reversibles, limitadas y en la mayoría de los casos subsanadas - (zona de riesgo ecológico); c) con un grado suficientemente alto de problemas observados durante un período prolongado en un territorio grande, cuya eliminación requiere costos y tiempo significativos - (zona de crisis ecológica); d) con un grado muy alto de perturbación ecológica, perturbaciones ambientales casi irreversibles que tienen una localización clara -( zona de desastre ecológico).

De acuerdo al factor de impacto, su nivel, duración de la acción y área de distribución, se han identificado como zonas de riesgo y crisis las siguientes provincias biogeoquímicas naturales y tecnogénicas:

1. polimetálicos (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) con asociaciones dominantes de Cu-Zn, Cu-Ni, Pb-Zn, que incluyen:

· enriquecido con cobre (Urales del Sur, Bashkortostán, Norilsk, Mednogorsk);

· enriquecido con níquel (Norilsk, Monchegorsk, Nickel, Polyarny, Tuva, Southern Urals);

· enriquecido con plomo (Altai, Cáucaso, Transbaikalia);

· enriquecido con flúor (Kirovsk, Krasnoyarsk, Bratsk);

· con un alto contenido de uranio y radionúclidos en el medio ambiente (Transbaikalia, Altai, Urales del Sur).

2. Provincias biogeoquímicas con deficiencias de microelementos (Se, I, Cu, Zn, etc.).