Биологическая роль ванадия

Общая характеристика исследуемого химического элемента. Ванадий и организмы животных, его поступление, распределение, выведение. Биологические процессы с участием ванадия, характер воздействия на человеческий организм. Пониженное и повышенное содержание.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Реферат

Биологическая роль ванадия

Введение

ванадий химический биологический

Ванадий - двадцать третий элемент Периодической системы Д.И. Менделеева. Широкое распространение получил в металлургии и металлохимии.

До настоящего времени в литературе рассматривались лишь вопросы токсикологии окислов и солей ванадия, однако, проблема биологического действия ванадия на организм при безопасной концентрации достаточно широко не освещалась.

Поэтому, может сложиться мнение, что ванадий является исключительно токсичным элементом. Стремясь восполнить пробел в изучении ванадия, поставили перед собой следующие задачи:

1) выяснить, какие физические и химические свойства позволяют считать его необходимым элементом;

2) изучить пути поступления, распределения и выведение ванадия;

3) описать поведение ванадия в организме, его участие в биологических процессах;

4) определить синергистов и антагонистов элемента, так как любое химическое соединение не поступает в организм в изолированном виде.

Следует отметить, что, прежде всего, рассматривался организм человека.

1. Общая характеристика элемента

Ванадии (Vanadium, V) - химический элемент V В группы периодической системы. Атомный номер - 23, атомная масса М = 50,94, валентность 5, реже - 4, 3, 2. Ванадий имеет два устойчивых изотопа.

Радиус нейтрального атома ванадия 0,134 нм, радиус ионов V²⁺ - 0,093 нм, V³⁺ - 0,078 нм, V⁴⁺ - 0,067-0,086 нм, V⁵⁺ - 0,050-0,068 нм. Энергии последовательной ионизации атома ванадия 6,74, 14,65, 29,31, 48,6 и 65,2 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность ванадия 1,63.

Чистый V - светло-серый хрупкий, очень твердый металл, не окисляющийся на воздухе, плотность 6,11 г./см³, t_пл.=1920⁰С, t_кип.=3450⁰С. Растворяется только в кислотах, являющихся сильными окислителями (азотная кислота, царская водка), и расплавленных щелочах. В мелкораздробленном состоянии при нагревании энергично взаимодействуете кислородом, галогенами и серой. При низких температурах металл покрыт защитной пленкой оксида и поэтому оказывается более инертными, чем можно ожидать по значению величины его редокс-потенциала.

Получение ванадия: в промышленности при получении ванадия из железных руд с его примесью сначала готовят концентрат, в котором содержание ванадия достигает 8-16%. Далее окислительной обработкой ванадий переводят в высшую степень окисления +5 и отделяют легко растворимый в воде ванадат натрия NaVO₃. При подкислении раствора серной кислотой выпадает осадок, который после высушивания содержит более 90% ванадия. Первичный концентрат восстанавливают в доменных печах и получают концентрат ванадия, который далее используют при выплавке сплава ванадия и железа - так называемого феррованадия (содержит от 35 до 70% ванадия). Металлический ванадий можно приготовить восстановлением хлорида ванадия водородом (H), кальцийтермическим восстановлением оксидов ванадия (V₂O5 или V₂O₃), термической диссоциацией VI₂ и другими методами.

В водных растворах и животных тканях ванадий претерпевает ряд взаимных превращений.

Целый ряд физико-химических и биологических свойств позволяет считать его необходимым элементом. Это, прежде всего, небольшая молярная масса, высокая каталитическая активность, способность образовывать хелатные соединения с биологически активными соединениями. Кроме того, следует отметить повсеместное распространение ванадия в геосфере, накопление в организме и быструю экскрецию, характерные симптомы при дефиците у животных и растений.

Ванадий отличается от ниобия Nb и тантала Ta (других элементов V В группы) большей растворимостью и устойчивостью солей, а, следовательно, и биологическими свойствами. Ванадий не образуют токсичных летучих гидридов.

2. Ванадий и организмы животных

Еще в прошлом веке ванадий был впервые обнаружен в составе некоторых растений, после чего присутствие элемента №23 в углях, торфе и сланцах перестало казаться странным. Один из растительных «собирателей» ванадия хорошо знаком каждому - это ядовитый гриб бледная поганка.

В крови некоторых обитателей морей и океанов - морских ежей и голотурий содержание ванадия достигает 10%. Предполагается, что ванадий играет здесь ту же роль, что железо в гемоглобине. Но это утверждение - гипотетическое. Другие ученые придерживаются мнения, что роль ванадия в этом случае сравнима с ролью магния в хлорофилле, иными словами, ванадий, содержащийся в крови голотурий, участвует, прежде всего, в процессах питания, а не дыхания.

В Аргентине проводились опыты с введением соединений ванадия в пищу быков и свиней. При этом у животных улучшался аппетит, и они быстро прибавляли в весе. Известно также, что плесень «черный аспергил» развивается нормально только в присутствии солей ванадия. Все факты говорят о том, что ванадий играет определенную роль в жизненных процессах, но какую именно - это еще предстоит уточнить.

3. Поступление, распределение, выведение

Поступление, распределение, выведение будем рассматривать на примере организма человека.

Ванадий содержится в организме взрослого человека в основном в мягких тканях (примерно 18 мг). В организм человека ванадий поступает с пищей. Дневная доза с пищей для человека составляет 2 мг. Пищевые продукты, богатые ванадием: моллюск, грибы, шпинат, петрушка, семя укропа, черный перец. Большое количество ванадия содержится в растительном масле, печени, жирном мясе, морской рыбе, сое и хлебных злаках. Напитки, жиры и масла, свежие фрукты и свежие овощи содержат наименьшее количество ванадия.

Абсорбция соединений ванадия зависит от их растворимости и химической природы. В желудке существуют ионы VO₂⁺ и H₃V₂O₇^-, а в крови - V₃O₉^3-, H₃V₂O₇^- и H₂VO₄ ^- . Водорастворимые анионы абсорбируются хорошо, обычно около 10% вводимой дозы. Катионные формы ванадий (II) - ванадий V - слабо абсорбируются вследствие гидролиза и осаждения малорастворимых основных солей:

VC1₃+H₂O > VOCl+2HCl.

При вдыхании соединений ванадия их абсорбция из легких в кровь тем больше, чем интенсивней абсорбция из кишечника.

При экспозиции ванадия в виде V₂O₅ его соединения были обнаружены почти сразу же в моче, что указывает на быструю абсорбцию.

Выведение абсорбированного ванадия происходит в основном через почки и лишь незначительно с фекалиями (соотношение 5:1).

Накопление ванадия в органах наблюдается в порядке уменьшения содержания: сердце > селезенка > щитовидная железа > легкие > почки. В тканях сохраняется 10% от введенной дозы, причем половина этого количества накапливается в костях.

Кумулятивный эффект у ванадия отсутствует. У человека при ежедневном потреблении 2 мг ванадия 15-30 мкг его выделяется, через почки.

4. Биологическое действие

Соединения ванадия издавна использовались как стимуляторы при анемии, а также при сифилисе, туберкулезе, неврастении, ревматизме. Ванадий считают необходимым из-за его физико-химических свойств.

Биологические процессы с участием ванадия

Основные биологические процессы, в которых участвует ванадий:

- играет роль этиологического фактора (причина, без которой болезнь никогда не разовьется) при маниакально-депрессивном психозе, при котором имеет место нарушение обмена натрия в эритроцитах, вызванное повышенной внутриклеточной концентрацией ванадия;

- оказывает влияние на обмен глюкозы в организме путем стимуляции ее окисления;

- катализирует окисление серотонина и близких к нему аминов тирамина, адреналина и др.;

- усиливает связывание кислорода гемоглобином и миоглобином;

- принимает участие в процессах клеточного роста, дифференцировки и восстановления тканей.

Действие ванадия на организм

Ванадий препятствует развитию атеросклероза, регулирует уровень глюкозы в крови, участвует в формировании костей, улучшает состояние зубов, контролирует работу сердечнососудистой системы.

Снижение уровня холестерина

Имеются указания о его способности влиять на обмен холестерина, фосфолипидов и на активность некоторых ферментов, а также тормозить развитие гиперхолестеринемии.

Ванадий уменьшает выработку холестерина в клетках печени и снижает содержание в крови липидов, ускоряя их метаболизм. Достаточное содержание ванадия в мозге поддерживает его сосуды в хорошем состоянии и препятствует развитию склероза, предотвращает риск сердечнососудистых заболеваний, гипертонии.

Он не только тормозит биосинтез холестерина, но и мобилизует его отложения, депонированные в ткани печени. П...