Биогенные элементы

В наше время даже люди, далекие от химии, хорошо понимают, сколь важна роль этой науки в медицине, какое значение имеют химические процессы в живых организмах. Например, всем известно, что в желудке человека содержится соляная кислота, которая способствует перевариванию пищи, и что ее недостаток (пониженная кислотность желудочного сока) или избыток (повышенная кислотность) вредны для организма.

Все понимают, что кислород, которым мы дышим, используется организмом для окисления различных веществ, а переносится он из легких в органы и ткани с помощью гемоглобина, содержащего железо, и поэтому недостаток железа в организме приводит к анемии (малокровию).

В начале XVI века возникло учение, названное ятрохимией (от греч. «ятрос» — врач), отводившее основную роль в возникновении болезней нарушениям химических процессов в организме и ставившее задачу отыскания и приготовления химических средств их лечения. Основатель ятрохимии немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс (настоящее имя Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, 1493–1541) ввел в медицинскую практику употребление препаратов ртути, сурьмы, мышьяка, золота, серебра, меди и др.

Сейчас все знают о применении в медицине таких химических веществ, как гипс, йод, питьевая сода, этиловой спирт и др. Заходя в аптеку, мы видим огромное количество различных лекарственных препаратов, большинство из которых получено в результате химического синтеза.

В любом живом организме, в том числе и в организме человека, непрерывно протекает множество химических реакций. Можно сказать, что каждая живая клетка представляет собой микроскопическую лабораторию.

Совокупность всех химических изменений и всех видов превращений веществ и энергии в организме называется обменом веществ, или метаболизмом. Обмен веществ обеспечивает развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов, их связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям внешних условий.

Химические превращения в организме осуществляются в двух противоположных направлениях — синтез сложных соединений из более простых (анаболизм, или ассимиляция) и расщепление сложных соединений до более простых (катаболизм, или диссимиляция). Для каждого вида организмов характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ. Любое заболевание сопровождается нарушениями обмена, а генетически обусловленные нарушения обмена являются причиной многих наследственных болезней.

В человеческом организме непрерывно образуется невообразимое множество различных химических соединений. Необходимые для этого исходные вещества поступают в организм с пищей, вдыхаемым воздухом и питьевой водой. Часть из синтезированных соединений используется в качестве строительного материала или источника энергопитания и обеспечивает организму рост, развитие и жизнедеятельность; другая же часть, которую можно рассматривать как шлаки или отходы, выводится из организма.

В обмене веществ участвуют и неорганические и органические вещества. Химические элементы, которые образуют эти вещества, называются биогенными элементами. Как известно, в земных условиях стабильные изотопы образуют 90 химических элементов (остальные из известных в настоящее время 110 элементов получены искусственно путем ядерных превращений). Большинство природных элементов обнаруживаются в организме человека, однако массовая доля многих из них ничтожно мала, а их биогенность, т.е. необходимость для жизнедеятельность организма, не доказана. Достоверно биогенными считаются около 30 элементов. Большинство биогенных элементов принадлежат к малым периодам периодической системы.

Среди биогенных элементов особое место занимают так называемые элементы — органогены, которые образуют важнейшие вещества организма — воду, белки, углеводы, жиры, витамины, гормоны и др. К органогенам относятся 6 химических элементов: углерод С, кислород О, водород Н, азот N, фосфор Р, сера S. Их общая массовая доля в организме человека составляет примерно 97,3%.

Все элементы органогенов являются неметаллами. Среди неметаллов, несомненно, биогенными являются также хлор Cl, фтор F, йод I, бром Br (т.е. галогены). Эти элементы не включаются в число элементов органогенов, поскольку, в отличие от последних, они не играют столь универсальной роли в построении органических структур организма. Существуют данные о биогенности элементов-неметаллов кремния Si, бора В, мышьяка As и селена Se.