Применение соединений алюминия в медицине. Применение неорганических соединений бора и алюминия в медицине и фармации

Раздел II. Биогенные элементы р-семейства

Тема 1. Р-Элементы III группы: бор, алюминий, таллий

Биологическая роль бора и алюминия

Лечебное действие неорганических соединений бора и алюминия

3. Применение неорганических соединений бора и алюминия в медицине и фармации

4. Токсическое действие соединений бора, алюминия и таллия на живой организм

Тема II. Р-Элементы IV группы: углерод, кремний, олово, свинец

1. Биологическая роль углерода и кремния

2. Лечебное действие неорганических соединений углерода, кремния и свинца

3. Применение углерода, неорганических соединений углерода, кремния, свинца в медицине и фармации

4. Токсическое действие соединений углерода, кремния и свинца на живой организм

Тема III. Р-Элементы V группы: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут

1. Биологическая роль азота, фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута

2. Лечебное действие неорганических соединений азота, фосфора, мышьяка и висмута

3. Применение неорганических соединений азота, фосфора, мышьяка, висмута в медицине и фармации

4. Токсическое действие соединений азота, фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута на живой организм

Тема IV. P-Элементы VI группы: кислород. Озон, вода, пероксид водорода

1. Биологическая роль кислорода, озона, воды

2. Применение кислорода, озона, воды, пероксида водорода в медицине и фармации

Токсическое действие озона, пероксида водорода

Тема V. Р-Элементы VI группы: сера, селен

1. Биологическая роль серы и селена

2. Лечебное действие неорганических соединений серы

Применение неорганических соединений серы и селена в медицине и фармации

4. Токсическое действие соединений серы и селена на живой организм

Тема VI. Р-Элементы VII группы: фтор, хлор, бром, йод

1. Биологическая роль фтора, хлора, брома и йода

2. Лечебное действие неорганических соединений фтора, хлора, брома и йода

3. Применение соединений фтора, хлора, брома, йода в медицине и фармации

Качественные реакции на галогенид ионы: фармакопейная реакция с AgNo3

4. Токсическое действие соединений фтора, хлора, брома и йода на живой организм

Раздел III. Биогенные элементы d-семейства Тема I. D-Элементы VI группы: хром, молибден, вольфрам

1. Биологическая роль хрома, молибдена, вольфрама

2. Лечебное действие неорганических соединений молибдена

3. Применение неорганических соединений хрома и молибдена в медицине и фармации

4. Токсическое действие соединений хрома

Тема II. D-Элементы VII группы: марганец

Биологическая роль марганца

2. Лечебное действие неорганических соединений марганца

Применение неорганических соединений марганца в медицине и фармации

4. Токсическое действие соединений марганца на живой организм

Тема III. D-Элементы VIII группы: железо, кобальт, никель

1. Биологическая роль железа, кобальта, никеля

Комплексы железа:

2. Лечебное действие соединений железа и витамина в12

Применение соединений железа и кобальта в медицине и фармации

Токсическое действие соединений железа, кобальта, никеля на живой организм

Раздел IV. Биогенные элементы s-семейства

Тема I . S–Элементы I и II групп: литий, натрий, калий, магний, кальций, стронций, барий

1. Биологическая роль s-элементов I и II групп

2. Лечебное действие неорганических соединений s-элементов I и II групп. Применение неорганических соединений s-элементов I и II групп в медицине и фармации

3. Токсическое действие соединений s-элементов на живой организм

5. Применение неорганических соединений в медицине и фармации

В медицине и фармации применяются многие химические элементы как в свободном состоянии, так и в виде различных неорганических соедине­ний. В виде простых веществ используются некоторые металлы (Fe, Cr, Mn, Cu, Ni, Ag, Au) для изготовления медицинского инстру­ментария, оборудования, для зубопротезировании. Ряд простых веществ (O 2 , O 3 , C, S) используются как лекарственные средства. Многие неорганические соединения применяют как лекарственные препараты, некоторые из них явля­ются фармакопейными. В их состав входят как жизненно важные био­генные элементы, так и токсичные элементы. Для лекарственных препаратов очень важна дозировка: многие из них в малых дозах являются лекарством, а в больших – ядом для организма. Неорганические соединения широко используются в анализе лекарственных веществ как реактивы, в качестве диагностических средств, в зубопротезной практике, а также как вспомогательные вещества в фармацевтической технологии.

Таким образом, изучение биологической роли, выяснение химических основ лечебного и токсического действия неорганических соединений Периодической системы необходимое условие для формирования начальных основ профессиональных компетенций.

Раздел II. Биогенные элементы р-семейства

Тема 1. Р-Элементы III группы: бор, алюминий, таллий

1. Биологическая роль бора и алюминия

Бор и алюминий относятся к примесным микроэлементам, массовая доля их в организме человека составляет 10 -5 %.

Бор концентрируется в легких (0,34 мг), щитовидной железе (0,30 мг), селезенке (0,26 мг), печени, мозге (0,22 мг), почках, сердечной мышце (0,21 мг); в виде труднорастворимых солей борной кислоты с катионами металлов входит в состав зубной и костной тканей.

Биологическое действие бора недостаточно изучено. Его биологическая роль связана со способностью к образованию комплексных соединений с кислородсодержащими лигандами. Бор участвует в углеводно-фосфатном обмене, взаимодействует с углеводами, ферментами, витаминами, гормонами.

Он является необходимым элементом для некоторых животных и растений. В растениях бор реагирует с ингибиторами их развития - полифенолами, умень­шая токсичность последних.

Алюминий концентрируется главным образом в сыворотке крови, легких, печени, костях, почках, ногтях, волосах, входит в структуру тканей мозга человека. Суточное потребление алюминия человеком составляет 47 мг.

Алюминий влияет на развитие эпителиальной и соединительной тканей, на регенерацию костных тканей, влияет на обмен фосфора, оказывает воздействие на ферментативные процессы. В боль­шинстве случаев катион Аl 3+ замещает ионы Мg 2+ , Са 2+ – активаторы фермен­тов. Алюминий способен образовывать с кислородсодержащими анионами, например фосфатами, нерастворимые соли:

Al 3+ + PO 4 3- ® AlPO 4 ¯

1. Лечебное действие неорганических соединений бора и алюминия

Ортоборная кислота (Н 3 ВО 3) применяется в качестве антисепти­ческого средства. Высокая растворимость борной кислоты в липидах обеспечивает быстрое проникновение её в клетки через мембраны. В результате происходит свертывание белков (денатурация) цитоплазмы микроорганизмов и их гибель.

Бура (Na 2 В 4 О 7 ´10H 2 О) применяется как антисептик. Действие обусловлено тем, что при гидролизе тетрабората натрия образуется борная кислота и щелочь:

Na 2 В 4 О 7 + 7H 2 О Û 4H 3 BO 3 + 2NaOH

Наряду с борной кислотой антисептическим действием обладает гидроксид натрия. При воздействии щелочей на микробные клетки происходит осаждение клеточных белков, и вследствие этого гибель микроорганизмов. Используется борная кислота и бура только наружно, поскольку при внутреннем применении они оказывают токсическое действие.

В основе антацидного действия гидроксида алюминия лежит взаимодействие его с ионами оксония, что приводит к снижению кислотности желудочного сока:

Al(OH) 3 + 3H 3 O + = Al 3+ + 6H 2 O

Образующиеся ионы Аl 3+ осаждаются фосфат-ионами (РО 4 3-) и выводятся с фекалиями из организма:

Al 3+ + PO 4 3- ® AlPO 4 ¯

Антацидный эффект гидроксида алюминия более благоприятен, чем гидрокарбоната натрия (NаНСО 3) – питьевой соды. Поэтому, при длительном лечении язвенной болезни, рекомендуется препарат "Альмагель", состоящий из геля алюминия гидроксида и магния оксида. Форма геля обуславливает обволакиваю­щий и адсорбирующий эффект препарата, который проявляет лечебное антацидное действие, не нарушая кислотно-щелочное равновесие и электролитный баланс в организме.

Алюмокалиевые квасцы (КАl(SО 4) 2 ´12H 2 О) применяются наружно в качестве антисептика в виде примочек, полосканий, промываний. Фармаколо­гическое действие обусловлено тем, что ионы Аl 3+ образуют с белками (протеинами Р) комплексные соединения, выпадающие в виде гелей:

Al 3+ + P 3- ® AlP¯

Это приводит к гибели микробных клеток и снижает воспалительную реакцию. Кроме того, препарат применяется как вяжущее и кровоостанавливающее средство. Вяжущее действие связано с осаждением белков и образованием кислотных альбуминатов. При нанесении препарата на слизистые оболочки или на раневую поверхность происходит частич­ное свертывание белков слизи или раневого экссудата, что приводит к образованию пленки, защищающей от раздражения чувствительные нервные окончания подлежащих тканей. При этом уменьшаются болевые ощущения, происходит местное сужение сосудов, ограничение секреции, а также непосредственное уплотнение клеточных мембран, что приводит к уменьше­нию воспалительной реакции. Кровоостанавливающий эффект связан со свертыванием белков на раневой поверхности кровеносных сосудов. На этом основано применение алюмокалиевых квасцов в виде карандашей как кровоостанавливающего средства при порезах, а также для прижигания коньюктивы глаза при трахоме.

Жженые квасцы (КАl(SО 4) 2) используются в виде присыпок, как вяжущее и подсушивающее средство. Подсушивающий эффект связан с медленным процессом поглощения влаги:

КАl(SО 4) 2 + nH 2 О ® КАl(SО 4) 2 ´ nH 2 О

• Алюминий - третий по распространённости на планете элемент и составляет почти 9% массы земной коры, а в верхней оболочке нашей планеты каждый 20-й атом - атом алюминия.
• Металл встречается и на других планетах - на Луне и Марсе.
• Суточная норма потребления взрослого человека составляет 2,45 мг, а в его теле присутствует около 140 мг алюминия.
• В 1 кг яблок содержится до 150 мг популярного металла.
• Алюминий имеет редкое сочетание ценных свойств. Это один из самых легких металлов в природе: он почти в три раза легче железа, но при этом прочен, чрезвычайно пластичен и не подвержен коррозии, так как его поверхность всегда покрыта тончайшей, но очень прочной оксидной пленкой.
• Он не магнитится, отлично проводит электрический ток и образует сплавы практически со всеми металлами.
• Алюминий легко обрабатывается давлением, причем как в горячем, так и в холодном состоянии. Он поддается прокатке, волочению, штамповке. Алюминий не горит, не требует специальной окраски и не токсичен в отличие от пластика.

• Очень высока ковкость алюминия: из него можно изготовить листы толщиной всего 4 микрона и тончайшую проволоку. А сверхтонкая алюминиевая фольга втрое тоньше человеческого волоса. Кроме того, по сравнению с другими металлами и материалами он более экономичен.

• Высокая способность к образованию соединений с различными химическими элементами породила множество сплавов алюминия. Даже незначительная доля примесей существенно меняет характеристики металла и открывает новые сферы для его применения. Например, сочетание алюминия с кремнием и магнием в повседневной жизни можно встретить буквально на дороге - в форме литых колесных дисков, двигателей, в элементах шасси и других частей современного автомобиля. А если добавить в алюминиевый сплав цинк, то, возможно, вы сейчас держите его в руках, ведь именно этот сплав используется при производстве корпусов мобильных телефонов и планшетов. Тем временем ученые продолжают изобретать новые и новые алюминиевые сплавы.

• Сегодня существование строительной, автомобильной, авиационной, космической, электротехнической, энергетической, пищевой и других отраслей промышленности невозможно без алюминия. Более того, именно этот металл стал символом прогресса - все новейшие электронные устройства, средства передвижения изготавливаются из алюминия.

• Использование алюминия может быть бесконечно: этот металл и сплавы из него можно неоднократно переплавлять без утраты механических характеристик. Ученые подсчитали, что 1 кг собранных и сданных в переплавку алюминиевых банок позволяет сэкономить 8 кг боксита, 4 кг различных фторидов и 14 кВт/ч электроэнергии.

• Около 75% алюминия, выпущенного за все время существования отрасли, используется до сих пор.

Применение алюминия в медицине

Традиционная медицина

Роль алюминия в организме изучена не до конца. Известно, что его наличие стимулирует рост костной ткани, развитие эпителия и соединительных тканей. Под его влиянием возрастает активность пищеварительных ферментов. Алюминий имеет отношение к восстановительным и регенерационным процессам организма.

Алюминий считается токсичным элементом для человеческого иммунитета, но тем не менее, он входит в состав клеток. При этом имеет вид положительно заряженных ионов (Al3+), которые оказывают воздействие на околощитовидные железы. В разных видах клеток наблюдается разное количество алюминия, но точно известно, что клетки печени, мозга и костей накапливают его быстрее остальных.

Лекарственные препараты с алюминием имеют обезболивающий и обволакивающий эффекты, антацидным и адсорбирующим действиями. Последнее означает, что при взаимодействии с соляной кислотой лекарства могут снизить кислотность желудочного сока. Алюминий назначают и для наружного применения: при лечении ран, трофических язв, острых конъюктивитов.

Токсичность алюминия проявляется в замещении им магния в активных центрах ряда ферметов. Так же играет роль его конкурентные отношения с фосфором, кальцием и железом.

При недостатке алюминия наблюдается слабость в конечностях. Но такое явление в современном мире почти исключено, так как металл поступает с водой, пищей и через загрязнённый воздух.

При избыточном содержании алюминия в организме начинаются изменения в лёгких, судороги, анемия, дезориентация в пространстве, апатия, потеря памяти.

Аюрведа

Считается, что алюминий ядовит, поэтому применять для лечения его не следует. Равно как не следует использовать алюминиевую посуду для приготовлений отваров или хранения трав.

Применение алюминия в магии

В силу сложности получения чистого элемента, металл использовался в магии наравне с серебром, из него делали ювелирные украшения. Когда же процесс получения упростился, то мода на алюминивые поделки сразу прошла.

Защитная магия

Используется только алюминиевая фольга, обладающая свойствами экранировать энергетические потоки, не давая им возможности распространяться. Поэтому в неё, как правило, оборачивают предметы, способные распространять вокруг себя негативную энергию. Очень часто в фольгу оборачивают сомнительные магические подарки — жезлы, маски, кинжалы, особенно привезённые из Африки или Египта.

Аналогично поступают и с подброшенными неизвестными предметами, обнаруженными во дворе или под дверью. Вместо того, чтобы поднимать его руками или через ткань, лучше накрыть фольгой, не касаясь самого подкинутого предмета.

Иногда фольгу используют как защитный экран для амулетов и талисманов, которые в настоящий момент не нужны, но могут потребоваться в дальнейшем.

Если носить кусочки алюминия, то человек, таким образом, стимулирует свои умственные способности, усиливает ясность мышления, развивает интуицию, увеличивает работоспособность. У алюминия проектная магия, то есть его можно использовать в подражательных обрядах: с помощью алюминия можно перетянуть удачу, успех, здоровье конкретных людей на себя. Алюминиевая фольга используется в гаданиях. Ее зажигают и кладут в емкость с водой. По образовавшейся форме человек может увидеть свое будущее.

Алюминий помогает тем, кто хочет устроиться на новую работу. Для этого, прежде чем пойти на собеседование, нужно положить в сумку кусочек этого легкого металла. Собеседование пройдет легко и в вашу пользу. Но от чар, колдовства, различной негативной атаки алюминий не способен защитить человека. Для этого лучше всего выбрать любой другой металл, с более сильной энергетикой.

Мифы и легенды, связанные с алюминием

Древние люди были весьма близки к открытию алюминия. Например, сплав гробницы китайского полководца Чжоу Чжу состоит на 85 % состоит из алюминия.

Император Франции Наполеон III в своё время приказал обеспечить армию алюминиевыми касками, флягами, пуговицами и украшениями, так как металл очень напоминал серебро.

Русскому химику Д. И. Менделееву в 1889 году были подарены весы с чашами из золота и алюминия.

Алюминий один из самых распространенных металлов в земной коре (около 8% от ее массы), однако он практически не усваивается живыми организмами (в т.ч. растениями, за исключением чая). В организме человека алюминия больше всего в легких (до 43 мг/кг ), а его суммарное содержание составляет не более 50 мг . Долгое время считалось, что алюминий не оказывает существенного отрицательного эффекта на организм человека, однако, сейчас эти представления изменились.

Биологическая роль алюминия

Основная функция алюминия в организме – участие в формировании скелета, хрящей, других образований соединительной ткани и процессах их регенерации.

При избыточном поступлении возможно развитие негативных эффектов .

Пищевые источники алюминия

Как и для большинства минеральных веществ , основным источником алюминия являются продукты растительного происхождения (содержат в 50-100 раз больше алюминия, чем продукты животного происхождения). Также возможно загрязнение пищевых продуктов и при использовании посуды, изготовленной с использованием алюминия, особенно если в такой посуде пищевые продукты проходят термическую обработку .

Из всего алюминия, поступающего в организм с продуктами питания, в ЖКТ всасывается всего 2-4% , но он может поступать и через лёгкие. С возрастом в лёгких и головном мозге его становится больше, а выводится он несколькими путями: с потом, выдыхаемым воздухом, мочой и калом.

Наиболее важными источниками алюминия являются такие пищевые продукты, как: чай, морковь, некоторые травы и плавленые сыры. Дополнительным источником поступления алюминия является также питьевая вода , где его содержание может составлять до 2-4 мг/л . Помимо этого источниками алюминия являются лекарственные вещества (например, антациды ), а также такие часто используемые вещи, как дезодоранты, бумажные полотенца и салфетки, а также продукты, контактирующие с алюминиевой фольгой .

В сутки в организм человека поступает около 2-3 мг алюминия , при этом с мочой алюминий может выводится со скоростью до 10-15 мг/сутки , а при дополнительной нагрузке до 500 мг/сутки . Такой физиологический механизм препятствует накоплению алюминия в организме человека .

Дефицит алюминия

Дефицит алюминия может развиться в том случае, если в организм его попадает меньше 1 мкг в сутки , но о негативном влиянии такого состояния на человека ничего не известно – скорее всего, дефицит алюминия у людей бывает крайне редко. На животных дефицит алюминия влияет: у них слабеют конечности, нарушается координация движений, задерживаются и нарушаются процессы размножения и роста.

Избыток алюминия

Причины избытка алюминия

• Избыточное поступление алюминия с пищевыми продуктами (в частности при использовании алюминиевой посуды для приготовления пищи);
• Высокое содержание алюминия в окружающей среде (путь поступления – ингаляционный);
• Чрезмерное поступление алюминия с лекарственными препаратами, а также косметическими средствами (например, дезодорантами);
• Хроническая почечная недостаточность, препятствующая выводу алюминия из организма, что, соответственно, способствует накоплению алюминия;
• Острые отравления соединениями алюминия на производстве.

Последствия избытка алюминия

Выделяют два основных негативных эффекта избыточного поступления алюминия в организм человека:

Нейротоксичность и энцефалопатия (нарушения памяти, нервозность, наклонность к депрессии, трудности в обучении в детстве и прогрессирующее старческое слабоумие и т.д.);

Остеомаляция (размягчение костей ), а также связанные с ней переломы и др. заболевания опорно-двигательного аппарата.

Также иногда наблюдают:

• Кардиотоксичность
• Нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта
• Нарушение функции почек
• Развитие алюминоза (профессиональное заболевание работников металлургии) c характерными изменениями в легочной ткани
• Нарушение обмена железа , фосфора , магния , кальция , цинка , меди

Многочисленные исследования ученых доказывают, что накапливаясь в организме, алюминий

• умерщвляет клетки мозга (парализует центральную нервную систему, вызывает дрожание головы и судороги)
• вызывает анемию и артрит (у больных артритом алюминия в крови в пять раз больше, чем у здоровых)
• угнетает выработку желудочных и слюнных ферментов
• способствует развитию остеопороза (хрупкости костей) и рахита

Алюминий и болезнь Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера (провалы в памяти и маразм при повышенной концентрации алюминия в мозге) – «привилегия» цивилизованных стран. В США алюминий вверг в безумие три миллиона человек, среди них самый известный – бывший президент Рейган . Отечественной статистики нет, но если учесть, что Россия – крупнейший производитель алюминия , то вряд ли у нас таких пациентов меньше, чем в Америке.

Болезнь носит прогрессирующий характер, ее симптомы могут нарастать от нескольких месяцев до нескольких лет. Не следует думать, что болезнь Альцгеймера – удел стариков, ведь не редки случаи заболевания лиц, не достигших 50 лет. Первые сигналы болезни – депрессия, апатия, неожиданные провалы в памяти, затем, по мере нарастания атрофических процессов в коре головного мозга, могут присоединяться другие психические и неврологические (например, судороги, параличи или парезы ) симптомы.

Суточная потребность в алюминии: не установлена

Химический элемент алюминий – лёгкий металл серебристого цвета. Алюминий - самый распространенный в земной коре металл. Физические и химические свойства алюминия позволили ему найти широкое применение в современной промышленности и повседневной жизни.

Химические свойства алюминия

Химическая формула алюминия Аl. Атомный номер 13. Алюминий относится к простым веществам, так как его молекула содержит атом только одного элемента. Внешний энергетический уровень атома алюминия содержит 3 электрона. Эти электроны легко отдаются атомом алюминия во время химических реакций. Поэтому алюминий имеет высокую химическую активность и способен вытеснять металлы из их оксидов. Но в обычных условиях он довольно устойчив к химическому взаимодействию, так как покрыт прочной оксидной плёнкой.

С кислородом алюминий взаимодействует только при высокой температуре. В результате реакции образуется оксид алюминия. С серой, фосфором, азотом, углеродом взаимодействие также происходит при высокой температуре. А вот с хлором и бромом алюминий вступает в реакцию при обычных условиях. С йодом реагирует при нагревании, но только если катализатором выступает вода. С водородом алюминий не взаимодействует.

С металлами алюминий способен образовывать соединения, которые называются алюминиды.

В реакцию с водой вступает алюминий, очищенный от оксидной плёнки. Гидроксид, который получается в результате этой реакции, является малорастворимым соединением.

Алюминий легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли. Но с концентрированными кислотами реагирует только при нагревании, образуя соли и продукты восстановления кислоты.

Алюминий легко реагирует со щелочами.

Физические свойства алюминия

Алюминий - прочный металл, но в то же время и пластичный, легко подвергается механической обработке: штамповке, полировке, вытягиванию.

Алюминий самый легкий из металлов. Имеет очень высокую теплопроводность. По электропроводности алюминий практически не уступает меди, но при этом он намного легче и дешевле.

Применение алюминия

Впервые металл алюминий был получен датским физиком Гансом Христианом Эрстедом в 1825 г . И в те времена алюминий считали драгоценным металлом. Модницы любили носить украшения из него.

Но промышленный способ получения алюминия был создан значительно позже - в 1855 г. французским химиком Анри Этьенн Сент-Клер Девилем.

Алюминиевые сплавы применяются практически во всех машиностроительных отраслях. Современная авиационная, космическая и автомобильная промышленность, кораблестроение не могут обходиться без таких сплавов. Наиболее известные сплавы – дюралюминий, силумин, литейные сплавы. Пожалуй, самым востребованным из этих сплавов является дюралюминий.

При переработке алюминия горячей и холодной обработкой получают профили, проволоку, трубы, ленты, листы. Алюминиевые листы или лента широко используются в современном строительстве. Так, специальную алюминиевую ленту применяют для заклеивания торцов различных строительных панелей, чтобы обеспечить надежную защиту от попадания осадков и пыли внутрь панели.

Так как алюминий обладает высокой электропроводностью, его используют для изготовления электропроводов и электротехнических шин.

Алюминий не является драгоценным металлом. Но некоторые его соединения используются в ювелирной промышленности. Наверное, не все знают, что рубин и сапфир – это монокристаллы окиси алюминия, в которые добавлены красящие окислы. Красный цвет рубину придают ионы хрома, а голубой цвет сапфира – от содержания ионов железа и титана. Чистая кристаллическая окись алюминия называется корундом.

В промышленных условиях создают искусственные корунд, рубин и сапфир.

Используется алюминий и в медицине. Он входит в состав некоторых препаратов, которые оказывают адсорбирующее, обволакивающее и обезболивающее действие.

Трудно найти такую отрасль современной промышленности, в которой не использовались бы алюминий и его соединения.