Материал: полезная метода

ТЕМА 3. ВОДОРОД И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ПРЕДЕЛЫ, ВЛИЯНИЕ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ.

Вопросы к занятию

1.Биологическая роль и неорганические соединения, содержащие водород, в медицине и фармации

2.Вода: питьевая, дистиллированная, апирогенная. Получение. Вода для инъекций. Вода в перечне ГФ.

3.Жесткость воды. Единицы измерения, пределы и нормы, влияние на живые организмы.

4.Определение жесткости воды и методы ее устранения.

§1 Водород

В медицинской практике находит применение еще одно соединение водорода — водородпероксид Н2О2. Это соединение является важным побочным продуктом метаболизма. В продажу водородпероксид обычно поступает в виде 30 %-ного водного раствора — пергидроля.

Обычно в митохондриях атомы водорода, отщепленные от субстратов дегидрогеназами, передают свои электроны через цепь переносчиков кислороду О2, который восстанавливается при этом до воды (на молекулу О2 передаются 4 электрона, и из водной среды поступают 4 иона Н+, в результате чего образуется две молекулы воды):

Для клетки очень важно, чтобы, присоединив 4 электрона, молекула кислорода восстанавливалась до двух молекул воды. При неполном восстановлении кислорода, например в случае присоединения 2 электронов, образуется водородпероксид:

а при присоединении 1 электрона — надпероксидный (супероксидный) радикал О2 –:

Процесс разложения водородпероксида значительно ускоряется в присутствии солей тяжелых металлов. Катализируемое ионом металла разложение водородпероксида может приводить к образованию радикалов, наиболее важными из которых являются гидроксидный НО• и гидропероксидный НО2•. Например, под действием Fe2+ происходит разрыв связи НО—ОН:

206

Гидроксильный радикал •ОН затем реагирует с биоорганическим веществом RH:

Образовавшийся радикал R. окисляется до ROH:

Дальнейшее протекание свободнорадикальной реакции замещения приводит к образованию продуктов с более высокой степенью гидроксилирования. Аналогично действуют и другие радикалы: НО2 •, О2•. Важные промежуточные продукты восстановления элементного кислорода до воды — водородпероксид и супероксидный радикал очень токсичны для клетки. Токсичность связана с тем, что Н2О2 и О2 взаимодействуют с липидным слоем клеточных мембран и повреждают их.

Аэробные клетки могут защитить себя от вредного действия водородпероксида и супероксид-радикала с помощью ферментов каталазы и супероксиддисмутазы. Под действием медьсодержащего фермента супероксиддисмутазы (СОД) супероксидный радикал превращается в водородпероксид и элементный кислород:

Под действием каталазы водородпероксид превращается в воду и элементный кислород:

Освободившийся кислород принимает участие в дальнейших процессах биологического окисления.

Вмедицинской практике водородпероксид применяют в основном как наружное бактерицидное средство. Действие Н2О2 основано на окислительной способности водородпероксида и безвредности продукта его восстановления — воды. При обработке ран выделяющийся кислород играет двойную роль: 1) оказывает противомикробное, дезодорирующее и депигментирующее действие, убивая микробные тела; 2) образует пену, способствуя переходу частиц тканевого распада во взвешенное состояние

иочищению ран.

Вкачестве фармакопейного препарата используется 3 %-ный водный раствор водородпероксида, 6 %-ный раствор водородпероксида применяют для обесцвечивания волос. В виде 30%-ного раствора водородпероксид применяют при лечении бородавчатой формы красного плоского лишая и для удаления юношеских бородавок.

207

§2. Вода: питьевая, дистиллированная, апирогенная

Чистая вода, в отличие от воды питьевой, неопределенный термин. Для химика «чистая вода» — дистиллят; для микробиолога — вода, в которой могут обитать бактерии, а для фармаколога, провизора, врача — апирогенная вода, вода для инъекций. Питьевая вода всегда должна отвечать определённым установленным стандартам и ГОСТАм.

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается: – вода с соответствующими органолептическими показателями — прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;

–вода с рН = 7—7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;

–вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;

–вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);

–вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и

вирусов.

Краткий перечень неорганических и органических веществ, а также бактерий и вирусов в питьевой воде, оказывающих неблаготворное влияние на организм человека, представлен в таблице 1.

Опасные для здоровья человека химические вещества чаще всего вызывают рак либо воздействуют на печень и почки и как следствие – на кровь, поскольку почки и печень — “очистные органы человеческого организма”.

Некоторые соединения таблицы 1, например, медь и селен в малых концентрациях необходимы организму в качестве микроэлементов, в большой концентрации – яды.

Многие вещества как сера, хлор, железо, не рассмотрены в таблице, поскольку вред, наносимый ими, намного меньше по сравнению с воздействием мышьяка, ртути, свинца и других приведенных выше веществ.

При избытке хлора или сернистых соединений водопроводная вода имеет неприятный запах из-за наличия хлорноватой и сернистой кислот. Такая вода для питья не годится, ее следует очищать с помощью фильтра или покупать бутилированную питьевую воду в магазине.

Избыток железа — «ржавая» вода тоже не пригодна для питья; ее также следует очищать.

Очень опасно присутствие в питьевой воде микроорганизмов, особенно бактерий из группы кишечных палочек и энтеровирусы, поражающих желудочно-кишечный тракт, а также вирус

208

гепатита. Они попадают в воду из городских канализаций, разносятся сточными водами с полей, удобряемых навозом. Дожди и разливы рек смывают навоз в водоемы, где микрофлора начинает бурно размножаться.

209

В таблицу 1 также не включено множество органических соединений, вредных в той или иной степени. От некоторых может случиться расстройство желудка, аллергия, а другие, как например, бензапирен, бензол, ядовитые продукты выхлопных газов, пестициды грозят гораздо более серьезными расстройствами. Пестициды - это группа разнообразных веществ, используемых в сельском хозяйстве для борьбы с сорняками, насекомыми и грызунами, включает около пятидесяти наименований. Среди пестицидов есть сравнительно безвредные, но все в той или иной степени ядовиты, и, по крайней мере, четыре-пять из них способствуют возникновению рака (канцерогенны). С полей они попадают в водоёмы, а оттуда могут проникнуть в питьевую воду. Если концентрации самых опасных пестицидов очень малы, порядка нанограмммикрограмм на литр, они не наносят организму существенного вреда.

Другое соединение - хлор. Хлором обеззараживают воду, поскольку хлор — мощный окислитель, способный уничтожать болезнетворные микроорганизмы. Однако в реках и озерах, откуда ведется водозабор, присутствует множество веществ, попавших туда со сточными водами, и с некоторыми из них хлор вступает в реакцию. В результате образуются гораздо более неприятные соединения, чем сам хлор. Например, соединения хлора с фенолом; они придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки, но в малых концентрациях не очень опасны.

Обеззараживать воду без хлора экономически нецелесообразно, поскольку альтернативные методы обеззараживания воды, связанные с использованием серебра для этой цели дорогие. Был предложен альтернативный хлорированию метод обеззараживания воды с помощью озона, но оказалось, что озон тоже вступает в реакцию со многими веществами в воде — с фенолом, и образовавшиеся в результате продукты еще токсичнее хлорфенольных.

Другой метод - обеззараживать воду с помощью ультрафиолетового излучения. Но этот метод также не дешёвый. Он сейчас внедряется в Петербурге.

Вода – самое распространенное в природе, но все еще до конца не изученное вещество. Она необходима, чтобы восполнить водный баланс в организме (человек в сутки должен выпивать до 3 л воды), минеральные воды лечат заболевания кишечника и почек, обливание холодной водой помогает справиться с болезнями сердечно-сосудистой системы, успокоить нервы, и закалить организм. Вода из-под крана содержит хлорорганические соединения, количество которых после процедуры обеззараживании воды хлором достигает 300 мкг/л. Причем это количество не зависит от начального уровня загрязнения воды, эти 300 веществ образуются в воде благодаря хлорированию. Быстрых последствий от потребления такой питьевой воды, конечно, не будет, но в дальнейшем это очень серьезно может сказаться на здоровье. Дело в том,

210