Роль бария (ва) в живом организме

ПЛАН

 

 

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ БАРИЯ В ПРИРОДЕ
2. БАРИЙ В ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ: РОЛЬ, НЕДОСТАТОК И ИЗБЫТОК, БАРИЙ В ПРОДУКТАХ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Тяжелый шпат, BaSO₄, был первым известным соединением бария. Его открыл в начале XVII в. итальянский алхимик Касциароло. Он же установил, что этот минерал после сильного нагревания с углем светится в темноте красным светом и дал ему название «ляпис соларис» (солнечный камень).

Окись бария ВаО открыл в 1774 г. Шееле. Он назвал ее «тяжелой землей». В 1797 г., прокаливая нитрат бария, Вокелен получил: окись бария. Карбонат бария был открыт в 1783 г. в Шотландии , и назван «витеритом».  

Металлический барий впервые  получил Дэви в 1808 г. Название, «барий» происходит от слова «барис» (тяжелый).

 

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ БАРИЯ В ПРИРОДЕ

В природе барий встречается  в виде соединений (сульфатов, карбонатов, силикатов, алюмосиликатов и т.д.) в  различных минералах. Содержание бария в земной коре 0,05 вес. % — больше, чем содержание стронция. Ниже перечислены важнейшие минералы бария:

Барит (персидский шпат), BaSO₄, содержит 65,7 Ва0, встречается в виде гранул или бесцветных прозрачных трубчатых кристаллов (иногда окрашенных примесями в желтый, коричневый, красный, серый, голубой, зеленый или черный цвет) с плотностью 4,3—4,7 г/см³и твердостью 3—3,5 по шкале Mooca. Залежи барита есть в России, США, Франции, Румынии и других странах. В природе встречаются разновидности барита, которые содержат сульфат стронция (баритоцелестин), сульфат свинца и радия.

Барит применяют в химической промышленности для получения солей  бария, используемых в пиротехнике, производстве красок и лаков, бумажной промышленности, для приготовления  фотобумаги, цементирования рыхлых пород  во время бурения нефтяных скважин, защитной облицовки стен рентгеновских камер.

Витерит, ВаСОз, содержит 77,7% Ва0. Встречается в небольших количествах в России, Англии, Японии, США. Это белая масса с сероватым или желтым оттенком; твердость 3—3,5 по шкале Mooca, плотность 4,25—4,35 г/см". Некоторые разновидности витерита содержат карбонат кальция или карбонат стронция (ВаСО₃*СаСО₃, ВаСО₃*SrСО₃).

Гиалофан (бариевый полевой шпат) K₂Ba[AI2Si₄O₁₂], встречается в виде прозрачных бесцветных (или окрашенных примесями в желтый, голубой, красный цвета) моноклинных кристаллов с плотностью 2,6—2,82 г1смР.

Известны также другие минералы бария:

бариевый брюстериг SrBa[Al₂Si₆O₁₆(OH)₂]*3H₂0, бариевый апатит [Ba₁₀(PO₄)₆]Cl₂, бариевая селитра Ba(NO₃)₂

Соединения бария найдены  во многих силикатных и известняковых  породах, подземных и морских, водах, на солнце.

БАРИЙ В ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ: РОЛЬ, НЕДОСТАТОК И ИЗБЫТОК, БАРИЙ В ПРОДУКТАХ

Элемент периодической таблицы  Менделеева барий был открыт Карлом Шееле, известным шведским химиком и фармацевтом, в 1774 году. Его открытие, однако, могло произойти и раньше, если бы средневековые алхимики больше думали о науке, чем о средствах достижения богатства. Известно, что очень многие из них потратили свои жизни в бесплодных поисках получения золота из более дешёвых элементов, и умерли, так ничего и не добившись.

В самом начале XVII века одному итальянскому сапожнику, Винченцо Касциароло, занимавшемуся ещё и алхимией (тогда ею не занимались только ленивые и те, кто имел настоящие источники дохода), пришло на ум проверить на наличие золота найденный в близлежащих горах тяжелый камень. Сначала он прокалил его с углём и олифой, но золота не получил, зато получил интересное красноватое свечение, не исчезавшее и тогда, когда прокаленный камень уже остыл. Сапожник-алхимик поделился открытием с коллегами, и все стали дружно стараться выделить из подобных камней золото, проводя сотни экспериментов с самыми разными веществами. Прошло достаточно много времени, но золота не было, и про тяжелые камни постепенно забыли.

Почти через 170 лет Шееле сделал своё открытие – он получил оксид бария – BaO.

Англичанин Хэмфри Дэви, тоже известный химик, в 1808 году всё же выделил новый элемент, который и был назван барием – «тяжелым», от греческого «barys». Мы сегодня знаем, что барий относится к легким металлам, но среди них он действительно самый тяжелый, так что название свое вполне оправдывает.

Барий – это серебристо-белый  щелочноземельный металл, мягкий и  слегка вязкий. В природе он не встречается  в чистом виде, и при необходимости его выделяют из соединений – карбонатов, сульфатов, силикатов; и минералов, в основном тяжёлого шпата, или барита. Содержится барий и в воде, а также в живых организмах – некоторых растениях и тканях животных.

Барий в продуктах

В организм человека барий  поступает с продуктами питания  и водой. В некоторых морепродуктах  его в десятки (а в морских  растениях – в сотни) раз больше, чем в морской воде. В растениях  – томатах, соевых бобах и др., бария может быть в десятки  раз больше, чем в почвах, на которых  они растут; бывает много бария и в питьевой воде, но не так часто; в воздухе его немного.

Барий в организме

Что означает барий для  нас, и какова его роль в организме  человека? Биологи говорят, что он изучен недостаточно, но не считают  его жизненно важным элементом –  даже условно. Тем не менее, сегодня  барий изучается, и о его роли, возможно, вскоре узнают больше, а пока учёные относят его к токсичным ультрамикроэлементам.

При заболеваниях пищеварительной  системы, некоторых сердечнососудистых заболеваниях количество бария в организме человека уменьшается. Установлено также, что даже в ничтожно малых количествах он заметно влияет на состояние гладкой мускулатуры – не зря при отравлениях барием отмечаются мышечные спазмы и сильная мышечная слабость.

Хотя роль бария не изучена, его суточная доза для человека определена – от 0,3 до 0,9 мг. Расслабляющее воздействие  бария не всегда бывает вредным: учёные выяснили, что он работает «в паре» с ацетилхолином – одним из основных нейромедиаторов, и способствует расслаблению сердечной мышцы.

 

Избыток бария

В организме человека с  массой тела около 70 кг содержится примерно 20-22 мг бария. Растворимые соли бария  всасываются в кишечнике в  небольших количествах; в дыхательных путях его может быть в 6-8 раз больше. Барий есть не только в нашей мышечной ткани и крови – напротив, в костях и зубах его содержится больше, чем во всех остальных тканях организма – до 90%. Барий взаимодействует в организме с кальцием – он может даже замещать его в костях, так как близок к нему по биохимическим свойствам. Однако при постоянном избыточном поступлении бария – например, когда его много в почвах, - нарушается кальциевый обмен, и может развиться тяжёлое заболевание – уровская болезнь, при которой процессы окостенения замедляются, а опорно-двигательный аппарат изнашивается очень быстро.

Барий есть в головном мозге, селезёнке, мышцах и хрусталике глаза.

Токсической дозой для  человека считается 200 мг; что касается смертельной дозы, то здесь мнения расходятся – приводятся цифры от 0,8 до 3,7 г, хотя первая цифра всё же вероятнее.

Барий не относят к элементам, вызывающим рак или мутации, но все  его соединения для человека токсичны – кроме того вещества, которое  используют в медицине, когда делают рентген – это сульфат бария.

Барий при повышенном содержании в организме поражает клетки крови, нейроны, ткани сердца и других органов.

Каким образом в организме  появляется лишний барий? Биологи называют это «избыточным поступлением», но не уточняют, как именно это происходит, хотя говорят о производственных и бытовых отравлениях.

Соединения бария применяются  во многих отраслях промышленности и  производства: в электронике, нефтяной, стекольной, бумажной, текстильной, керамической, лакокрасочной, резиновой, металлургической, полиграфической и т.д.

Фторид бария используется при обработке древесины и  производстве инсектицидов – значит, он применяется и в сельском хозяйстве, однако на животных и человека он может оказывать токсическое влияние, поэтому его тщательное изучение необходимо.

Исследования показывают, что у жителей сельской местности  лейкоз чаще встречается там, где  для борьбы с вредителями используются соединения бария; некоторые отделочные материалы – например, штукатурка, могут вызывать заболевания у строителей, которые с ними работают.

Водорастворимые соли бария считаются опасными для человека – это сульфиды, карбонаты, нитраты, хлориды; сульфаты и фосфаты бария практически безопасны.

Если человек отравился  солями бария, то симптомы будут выраженными и яркими: возникает жжение во рту и пищеводе, сильно выделяется слюна, появляется тошнота и рвота, колики в кишечнике и понос. Со стороны нервной системы: расстройства мозговой деятельности и нарушения координации движений, шум в ушах и головокружение; со стороны сердечнососудистой системы: экстрасистолия – распространённая форма аритмии, брадикардия и слабый пульс; наблюдается также обильное потоотделение – пот холодный, а кожа всего тела бледнеет.

Хроническое отравление, возникающее  при работе на вредных производствах, не проявляется так резко. При вдыхании пыли, содержащей соединения бария, у рабочих возникает пневмокониоз – заболевание лёгких, при котором в них развивается фиброзный процесс. В соединительной ткани появляются рубцы и утолщения, и в результате развивается прогрессирующая одышка, начинающаяся с болей в груди и сухого кашля. Потом могут появиться признаки лёгочной недостаточности, изменения дыхательных путей и другие осложнения: пневмонии, бронхиты, туберкулёз и т.д.

Корректировать избыток  бария в организме довольно сложно, и не всегда можно рассчитывать на благополучный исход. Для нейтрализации действия солей бария применяются растворимые сернокислые соли магния и кальция – они вызывают образование сульфатов бария, которые потом надо вывести из организма.

Если отравление тяжёлое, то можно не успеть оказать помощь – смерть может наступить в  течение суток или даже быстрее. Приём внутрь 0,2-0,5 г солей бария  вызывает тяжёлое отравление, а смертельной  дозой, как уже отмечалось, может стать 0,8 г.

При таком отравлении надо немедленно промывать желудок с 1%-ным раствором сульфата магния или натрия, и сделать с ними же клизму – раствор 10%-ный. Нерастворимые соли бария удаляют рвотными средствами – в общем, всё это, как и дальнейшее лечение, проводится уже в стационаре.

Непонятно, кому придёт в  голову принимать барий внутрь, но в медицине описано много случаев, когда соединения бария принимали по ошибке – значит, о последствиях знать всё-таки следует. Что касается работы на вредных производствах, повышенного содержания бария в воде и почве, то здесь может помочь спектральный анализ волос – именно по состоянию волос можно увидеть, какие изменения происходят в организме в течение многих лет – в то время, как человек о них даже не догадывается, и все эти годы лечится неправильно, усугубляя проблему ещё больше.

Стоит такое обследование недёшево, но и не слишком дорого; таким же методом можно провести и исследование питьевой воды той  местности, в которой вы живете.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Выявление биологической  роли отдельных химических элементов  в функционировании живых организмов (человека, животных, растений) - важная и увлекательная задача. Минеральные  вещества, как и витамины, часто действуют как коферменты при катализе химических реакций, происходящих все время в организме.

Усилия специалистов направлены на раскрытие механизмов проявления биоактивности отдельных элементов на молекулярном уровне (см. статьи Н.А. Улахновича "Комплексы металлов в живых организмах": Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 8. С. 27-32; Д.А. Леменовского "Соединения металлов в живой природе": Там же. № 9. С. 48-53). Нет сомнения, что в живых организмах ионы металлов находятся в основном в виде координационных соединений с "биологическими" молекулами, которые выполняют роль лигандов. В статье из-за ограниченности объема приведен материал, относящийся главным образом к организму человека. Выяснение роли металлов в жизнедеятельности растений, несомненно, окажется полезным для сельского хозяйства. Работы в этом направлении широко ведутся в лабораториях различных стран.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Локшин Э.П., Воскобойников Н.Б. Барий. – Барий и его свойства, изд.КНЦ РАН. - 1996 г. - 168 с.
2. Лебедев В.Н., Локшин Э.П., Маслобоев В.А., Дозорова Р.Б., Михлин Е.Б. Сырьевые источники металлов России и проблемы их вовлечения в переработку // Цветные металлы. - 1997. - №8. - С.46-50.
3. Гуцол А.Ф. Титонат бария // Успехи физ. наук. - 1997. - Т.167. - №6. - С.165-187.