Материал: полезная метода

ион Mg2+ является комплексообразователем в пигменте зеленых растений

— хлорофилле — бионеорганическом соединении, играющем важную роль в процессе фотосинтеза:

Во внутриклеточной жидкости, для которой характерно высокое содержание ионов Mg2+, аденозинтрифосфат (АТФ) и аденозиндифосфат (АДФ) присутствуют в основном в виде комплексов MgATФ2– и MgАДФ–:

Реакции образования комплексов запишутся в виде:

Во многих ферментативных реакциях, в которых АТФ выполняет функцию донора фосфатной группы, активной формой АТФ является комплекс MgATФ2–. Необходимо отметить, что от концентрации ионов Mg2+ зависит устойчивость рибосом. Ион Mg2+ образует шестикоординационные соединения регулярной структуры в отличие от большого по размеру иона Са2+.

Кальций проявляет координационные числа 6, 7 или 8 и образует несимметричные комплексы. Возможным следствием является различная биологическая роль этих элементов в живых организмах. Способность ионов Са2+ образовывать комплексные соединения различного строения

192

позволяет им легко «приспосабливаться» к окружающим их донорным атомам биолигандов и служить мостиками между лигандами. Очевидно, именно поэтому ион Са2+ гораздо эффективнее по сравнению с ионом магния вступает в качестве мостика между двумя лигандами во внеклеточном пространстве.

Интересно отметить, что ион Са2+ обычно бывает антагонистом иона Mg2+ в биохимических процессах. Впрочем, в этом нет ничего удивительного, поскольку физико-химические характеристики этих элементов существенно различаются. Так, ионы Са2+ подавляют активность многих ферментов, активируемых ионами Mg2+, например аденозинтрифосфатазу.

Антагонизм ионов кальция и магния проявляется и в том, что в отличие от магния ион кальция является внеклеточным катионом. При длительном поступлении в организм избыточных количеств солей магния наблюдается усиленное выделение кальция из костной ткани и некоторых белков.

Синергизм ионов магния и кальция наблюдают в активации некоторых ферментов, однако в большинстве случаев ион Mg2+ является активатором внутриклеточных ферментов, а ион кальция — внеклеточных.

Гораздо ближе физико-химические свойства иона магния и иона марганца Мn2+. Вследствие этого последний часто выступает синергистом иона Mg2+. Например, оба эти иона активируют такие ферменты, как различные фосфатазы и др. Предполагается, что активация фермента лейцинаминопептидазы ионами Mg2+ и Мn2+ происходит. вследствие образования комплекса:

193

Так как кальций по физико-химическим характеристикам (радиус ионов, энергия ионизации, координационные числа) близок к стронцию и барию, то, как правило, ионы этих элементов являются синергистами иона кальция. Сходство в размерах ионов кальция и стронция приводит к наличию постоянной примеси стронция в организме.

При избытке ионов Sr2+ возникает эндемическая уровская болезнь. Это заболевание было обнаружено у населения, проживающего у реки Уровы в Восточной Сибири. Характерными особенностями болезни являются размягчение и искривление костей. Анализ почвы этой местности показал повышенное содержание в ней стронция. Вследствие этого в костной ткани происходило вытеснение ионов кальция ионами стронция, который не способен выполнять функции ионов Са2+. Результатом этого процесса является возникновение стронциевого рахита.

Токсичны и соли бария. Механизм действия этих солей заключается в том, что ионы Ва2+, имея одинаковый радиус с ионом К+ конкурируют с ним в биохимических процессах. В результате такой взаимозаменяемости возникает гипокалиемия. Ионы бария могут проникать и в костные ткани, вызывая эндемические заболевания (например, болезнь па-пинг).

Среди оксидов элементов IIА-группы в качестве лекарственного препарата применяют магний оксид MgO. Основные свойства магния оксида и его нерастворимость в воде обусловливают его применение в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока:

MgO (т) + 2НС1 (жел. сок) = MgCl2 (p) + Н2О (ж)

Магний оксид имеет преимущество перед натрий водородкарбонатом NаНСОз, так как при взаимодействии MgO с кислотой желудочного сока не происходит выделение углерода диоксида. Поэтому при действии магния оксида не наблюдается гиперсекреции. Образующийся при реакции магний хлорид, переходя в кишечник, оказывает легкий послабляющий эффект (осмотическое действие).

Смесь магний оксида MgO (85%) и магний пероксида MgO2 (15%) является препаратом, известным под названием «магний перекись». Этот препарат применяют при желудочно-кишечных расстройствах. Эффект частично связан с антацидным действием MgO, а частично — с бактерицидным действием образующегося водородпероксида Н2О2 при растворении препарата в кислом содержимом желудка:

MgO2 (т) + 2НС1 (жел. сок) = Н2О2 (р) + MgCl2 (p)

Магний оксид входит и в состав цинкофосфатных цементов (порошок «фосфат») и поликарбосиликатных цементов, которые применяют в стоматологии в качестве постоянных пломбировочных материалов. Кроме того, MgO входит в состав пломбировочного материала «цемент фосфат для фиксации несъемных протезов». Этот материал

194

быстро затвердевает, отличается прочностью, поэтому его используют для фиксации одиночных коронок, мостов и несъемных протезов.

В основе стоматологического применения MgO, как и других оксидов — ZnO, CaO, А12О3, лежит реакция образования малорастворимых фосфатов при перемешивании порошка фосфатных и поликарбосиликатных цементов с жидкой фазой — Н3РО xН2О:

3MgO (т) + 2Н3РО4 (р) = Mg3(PO4)2 (т) + 3Н2О (ж)

Вживых организмах из ионов кальция и фосфат-ионов образовался кристаллический минерал гидроксилапатит Са10(РO4)6(ОН)2 — основное вещество костной и зубной тканей.

Хотя магний является макроэлементом, его соединения не сыграли значительной роли в построении скелета. Очевидно, это связано с лучшей растворимостью магния фосфата Mg3(PO4)2 и основного карбоната Mg(OH)2•4MgCO3•H2O по сравнению с кальцием фосфатом и карбонатом.

Многие соли кальция и магния находят применение в медицине. Антацидным и легким слабительным действием обладает магний карбонат основной Mg(OH)2•4MgCO3•H2O (белая магнезия), механизм действия которого аналогичен магния оксиду MgO.

Магний сульфат (горькая соль) MgSO4-7H2O оказывает при парентеральном введении успокаивающее действие на центральную нервную систему. В зависимости от дозы может наблюдаться седативный,

снотворный или наркотический эффект. Действие препарата основано на том, что ионы Mg2+ в зависимости от концентрации блокируют или обеспечивают нервно-мышечную передачу, они понижают возбудимость дыхательного центра, а также угнетают сосудо-двигательный центр, вследствие чего снижают артериальное давление. MgSO4-7H2O применяют

икак слабительное. При пероральном приеме магния сульфата из-за плохой его всасываемости, как и в случае Na2SO4*10H2O, в просвете кишечника создается высокое осмотическое давление, что приводит к диффузии воды в просвет кишечника. В результате этого происходит разжижение и увеличение объема кишечного содержимого, что обусловливает акт дефекации.

Вкачестве адсорбирующего и обволакивающего средства в медицине широко применяют силикатное производное Mg — тальк 2MgSiO3*Mg(HSiO3)2. Это соединение используют также в качестве компонента для приготовления лекарственных форм — паст и таблеток.

Кальций относится к макроэлементам. Общее содержание его в организме 1,4 %. Кальций содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная масса кальция находится в костной и зубной тканях. В среднем взрослый человек в сутки должен потреблять 1 г кальция, хотя потребность в кальции составляет только 0,5 г. Это связано с тем, что кальций, вводимый с пищей, только на 50 % всасывается в кишечнике. Сравнительно плохое всасывание является следствием образования в

195

желудочно-кишечном тракте труднорастворимых кальция фосфата Са3(РО4)2 и кальциевых солей жирных кислот:

Ворганизме концентрация ионов кальция регулируется гормонами. Узкие границы, в пределах которых колеблется содержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двух гормонов – паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в крови приводит к усилению внутренней секреции околощитовидных желез, что сопровождается увеличением поступления кальция в кровь из его костных депо. Наоборот, повышение содержания этого электролита в крови угнетает выделение паратгормона и усиливает образование тирокальцитонина из парафолликулярных клеток щитовидной железы, в результате чего снижается количество кальция в крови. У человека при недостаточной внутрисекретрной функции околощитовидных желез развивается гипопаратериоз с падением уровня кальция в крови. Это вызывает резкое повышение возбудимости центральной нервной системы, что сопровождается приступами судорог и может привести к смерти. Гиперфункция околощитовидных желез вызывает увеличение содержания кальция в крови и уменьшение неорганического фосфата, что сопровождается разрушением костной ткани (остеопороз), слабостью в мышцах и болями в конечностях.

Вкостях и зубах взрослого человека около 1 кг кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала— гидроксилапатита Са10(РО4)6(ОН)2, образование которого происходит при взаимодействии ионов кальция с фосфат-ионами.

Вкрови и лимфе кальций находится как в ионизированном, так и в неионизированном состоянии — в соединениях с белками, углеводами и

др. Механизм свертывания крови состоит из ряда этапов, многие из которых зависят от наличия ионизированного Са2+. Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении

мышц, регулировании работы сердечной мышцы.

Концентрации ионов кальция Са2+ внутри и вне клетки соответственно составляют 10~6 и (2,25—2,8) 10–3 моль/л. Поскольку кальций практически не используется внутри клетки, он выступает в качестве строительного материала в организме, в костях, зубах. Скелет — основное хранилище кальция в организме.

Используют кальций хлорид при отравлении солями магния, а также оксалат- и фторид-ионами. Применение препарата в первом случае основано на взаимозамещаемости ионов кальция и магния в организме, а во втором случае—на образовании нетоксичных малорастворимых соединений кальция оксалата и фторида:

196

Са2+ (р) + С2О42– (р) = СаС2О4 (т)

Са2+ (р) + 2F– (р) = CaF2 (т)

Антацидным и адсорбирующим действием обладает кальций карбонат СаСО3. Его назначают внутрь при повышенной кислотности желудка, так как он нейтрализует соляную кислоту:

СаСОз (т) + 2НС1 (жел. сок) = СаС12 (р) + Н2О (ж) + СО2 (г) Кальций сульфат (жженый гипс) CaSO4•12 H2O применяют для

приготовления гипсовых повязок при переломах, а также в качестве слепочного материала при протезировании зубов. Получают жженый гипс обжигом гипса CaSO4-2H2O при температуре не выше 453 К:

При замешивании жженого гипса в небольшом количестве воды происходит образование гипса. Этот процесс называется схватыванием гипса:

Затвердевание гипсового теста сопровождается некоторым увеличением объема, что способствует получению хороших слепков.

Находит применение в медицине и радиоактивный изотоп 45Са. С помощью этого изотопа были изучены процессы всасывания и распределения кальция в организме, отложения его в костях и выведение при нормальной жизнедеятельности организма и различных патологиях.

Бишофит. Одним из таких природных средств является минерал бишофит, подземные залежи которого открыты в Прикаспийской впадине. Первоначально рассол бишофита использовался в качестве «народного» средства при артритах, в последующем усилиями сотрудников Волгоградского медицинского института был изучен состав и фармакологическое действие в эксперименте и в клинике и зарегистрирован в качестве бальнеологического средства в Фармакологическом комитете.

В последующем сотрудниками Волгоградской медицинской академии были изучены механизмы противовоспалительного действия, выявлены иммуномодулирующие и антибактериальные свойства, созданы лекарственные и бальнеологические (включая преформированные) средства, эффективность которых апробирована в клинических условиях.

197

Таблица. Химический состав Волгоградского рассола бишофита

Показатель

Россия Рассол бишофита

Удельная плотность,

1.320-1.330

г/л

РН, ед. 5.5-6.8

Минерализация, г/л 400-450

Содержание солей (в %) к сухому остатку:

Mg Cl2

198