Исследовательская работа "Этанол - яд?"

Исследовательская работа Шевелёва Ильи,

ученика 11 класса МОУ «Вилегодская СОШ».

Руководитель – учитель химии Т.А.Непеина

Тема «Этанол – яд?»

1. Введение

«Этанол -  наркотик! Этанол – яд!» -  постоянно слышатся эти устрашающие восклицания  из средств массовой информации. Но, несмотря на широкую пропаганду вреда алкоголя для человека, большое количество людей  пренебрегает предостережениями: продолжают получать временное удовольствие. Может, этанол не яд? Может, от  употребления алкоголя немало пользы: весёлость, простота общения, новые знакомства и связи?..   А в чём его «ядовитость»? Я решил провести исследование этанола с целью выявления причин токсичности и сделать выводы о том, приносит ли он вред организму человека.

           Актуальность: доказательство  вредного влияния этанола на организм человека, как одного из способов профилактики алкоголизма, в настоящее время  остаётся актуальным.  Ужасно, что 95% населения России положительно относится к алкоголю, т.е. допускает для себя определенное количество и качество спиртного в конкретной ситуации (Новый год, день рождения, свадьба, и т.п.).

Проблема: как доказать токсичное воздействие  этанола на организм человека?

Тема: «Этанол – яд?»

Предмет исследования: этанол и его вредное воздействие на клетки, внутренние органы живого организма.            

Объект исследования: ядовитые вещества.

Цель работы: выявление причин токсичности и прогноз последствий воздействия этанола  на организм человека.

Задачи работы:

* найти в источниках информации и проанализировать данные о причинах токсичного воздействия этанола на организм человека, о последствиях этого воздействия;

* провести опрос школьников и населения о проверке знаний вреда и причин отрицательного воздействия этанола на организм человека;

* подобрать методику и исследовать особенности свойств и токсичное воздействие спирта на молекулы белков, ферментов, на органы живого организма;

* сформулировать и оформить выводы  о токсичном влиянии этанола на разных уровнях организации  живого, довести их до  населения и школьников.

Гипотеза: предположим, что этанол –  яд, значит, можно экспериментально доказать его токсичность и спасти хотя бы несколько человек от  влияния этого яда.

Методы исследования: анализ литературы, тестирование, исследование этанола и действия его на клетки, органы и системы органов по методикам, предложенным аспирантом А.И. Плаховым (Брянский государственный  университет  им.  И.Г. Петровского), работа с  ресурсами Интернета.

Анализ  литературы по теме.   Наиболее  подробно представлен материал по причинам токсичности этанола  Бурыкиным  М.Ю. и  Сазоновым С.Н.в книге «Зависимое поведение. Причины, механизмы, пути преодоления». Здесь же дано понятие о ядах, об особых свойствах этанола и влиянии его на клетки организма  человека. Строение этанола и его физико-химические свойства хорошо рассмотрены  в Справочнике абитуриента (автор О.О.Максименко). В книге Куценко С.А. «Основы токсикологии»  даны понятия токсичности и рассмотрен химизм взаимодействия токсиканта и биологического объекта на молекулярном уровне. Методики  исследования этанола и действия его на клетки и  органы мы смогли найти на сайтах Интернета.

Проведено тестирование населения и школьников о проверке знаний  вреда этанола и  причин отрицательного воздействия на организм человека. Оказалось, что большинство респондентов знают о вреде, наркотическом действии этанола, но не знают причин его токсичности (Приложение 1).

2.Основная часть

Раздел 1

Глава 1. Механизмы токсического действия этанола

     Яд (по словарю Даля) -  всякое вещество, убийственное или вредоносное [4]. К ядам относятся алкоголь, никотин, героин и прочие. Высший орган мировой медицины – Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) на 28 сессии приняла решение считать алкоголь и никотин – сильнодействующими наркотиками, входящими в первую группу сложности по лёгкой доступности для населения и относительно малой цене [1].

Яды – химические вещества, обладающие токсичностью, в силу которой их контакт с биологическими системами может иметь пагубные последствия для организма.

Токсичность (по Ушакову)  - способность некоторых химических соединений и веществ   оказывать вредное действие на организм человека,  животных и растений [3].

Прямое токсическое действие  этанола  основано на его способности оказывать мембранотропное  и  конформационное действие, а также на способности непосредственно взаимодействовать с жирными кислотами.

Мембранотропное  действие этанола  определяется его влиянием на биологические мембраны [8]. Принимая этанол в различных видах, мы растворяем жировую основу мембран  тысяч клеток нашего организма, уничтожая их. Такой вид разрушения клеток называется протоплазматическим [1].

Конформационное действие выражается в способности этанола  непосредственно влиять на конформацию белковых молекул, нарушая их способность к функционированию [8].

Опосредованное токсическое действие  этанола проявляется в действии его на эритроциты, которые склеиваются с образованием тромба. Тромб перекрывает капилляр, лишая клетку кислорода. От кислородного голодания гибнут в первую очередь наиболее чувствительные клетки нашего организма – нервные. Такой вид разрушения клеток называется  нейротропным [1].

  Опосредованное токсическое действие этанола ещё связано  с увеличением  энергопоступлений, способствующих увеличению массы тела, при  систематическом употреблении алкоголя в малых дозах.  

При употреблении алкоголя в больших количествах  значительно снижается поступление веществ, что ведет к развитию пищевой недостаточности. Поступающий в организм  этанол  почти полностью подвергается биотрансформации: окисляется до ацетальдегида в печени с образованием углекислого газа и воды [8]. Ацетальдегид в 30 раз токсичнее этанола. Он взаимодействует со многими белками, после чего те уже не в состоянии выполнять свои функции.

Доказательством, что в организме алкоголика образуется ацетальдегид, обладающий резким запахом, служит интересная информация на эту тему. Эксперту-криминалисту часто приходится давать заключение о состоянии алкогольного опьянения обнаруженного трупа. Согласно инструкции заключение даётся  так: резкий запах изо рта – пил не более двух часов назад;    запах из вскрытого желудка –  не более 4х часов; запах из вскрытого толстого кишечника – не более 16 часов; запах из вскрытой черепной коробки –  не более 28 дней [1].

При окислении ацетальдегида  образуется уксусная кислота, усиливающая синтез жирных кислот, что приводит к жировому перерождению печени. В тканях и органах ацетальдегид способен образовывать вещества психотропного действия,  вызывать мутации и различные уродства у эмбрионов [8].

По проведенным исследованиям через час после приема 100 граммов алкоголя у мужчины меняется 30% генетической структуры ДНК. Представьте здоровье зачатого ребенка – мутанта после веселой пьяной свадьбы, которой «и места было мало, и земли». Причем, изменить и исправить заложенные искажения в будущем у этого ребенка практически невозможно. Это похоже на строящийся небоскреб на гнилом фундаменте.  Зачатие здорового ребенка возможно только при исключении алкоголя родителями в течение  2 – 3 лет как минимум [1] (Приложение 2).

Этанол – это нейротропный, протоплазматический яд, воздействующий на все органы человека, уничтожающий их структуры на клеточном и молекулярном уровнях.

Глава 2. Действие этанола на органы и системы органов человека

Орган, который  отличает нас от остального животного мира – это мозг человека. 18 миллиардов нервных клеток, соединенных десятками километров нервной ткани. Мозг концентрирует в себе 30% всего алкоголя, выпитого человеком, в мозжечке и лобных долях. Отсюда у человека, содержащего этанол, наблюдаются нарушение координации движения и речи, безответственность и безнравственное поведение. Этанол, попадая в мозг, хранится там длительное время – до 28 суток. Две рюмки водки в месяц выпил и считай, что жил с заблокированным разумом. И если 18 миллиардов нервных клеток пропить невозможно практически,  то 900 миллионов – вполне реально, до жизни на рефлексах. В результате человек деградирует как разумное существо.

 В медицине есть такой термин: «Сморщенный мозг». Вот описание коры головного мозга у умершего «весельчака» и «балагура, который, по мнению друзей и даже врача, пил «культурно»: «…изменения в лобных долях видны даже без микроскопа: извилины сглажены, атрофированы, множество мелких кровоизлияний. Под микроскопом видны пустоты, заполненные серозной жидкостью. Больной только казался беспечным юмористом, весельчаком, но он был ещё и слабоумным, ибо такое поражение алкоголем лобных долей не могло не затронуть его интеллект» [8].

Под воздействием этанола вызываются инфаркты, инсульты, сердечно - сосудистая недостаточность, остановку сердца.

Этанол действует на нервную систему: разрушает мембраны нейронов,  накапливает в мозге тормозные медиаторы.           

Нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта проявляются острыми болями в области желудка и диареей. Боли в области желудка обусловлены повреждениями слизистой оболочки желудка и тонкого кишечника. Диарея является следствием нарушения всасывания воды и электролитов из тонкого кишечника.

Клетки печени погибают под действием этанола, на их месте образуется рубец из соединительной ткани, не выполняющий функций печени. Уменьшается способность печени сохранять витамин А, наблюдаются другие нарушения обмена веществ.              

Смертельная доза этанола при однократном приеме составляет от 4 до 12 г/кг массы тела (в среднем 300 мл 96%этанола при отсутствии толерантности к нему) [3].

Этанол – яд! Следствиями от длительного воздействия этанола являются нарушение деятельности всех органов и в целом разрушение организма человека, приводящее к смерти.

Глава 3. Причины токсического действия этанола

В результате анализа источников литературы и химических знаний можно выделить ряд причин токсичности этанола.

Во-первых, токсичность этанола связана с его строением. Химическая формула - C2H5OH. Это сложное вещество со  слабополярными  ковалентными связями. Молекулы этилового спирта малы (относительная молекулярная масса равна 18) и хорошо растворяются как в воде (благодаря наличию гидроксильных групп), так и в жирах (благодаря наличию неполярных углеводородных радикалов) [6]. Растворимость в воде и жидкое состояние этанола объясняется способностью молекул спирта давать друг с другом и с молекулами воды особые  водородные связи (связи между положительно поляризованными  атомами водорода  воды  или  спирта с отрицательно поляризованными  атомами кислорода воды или спирта) [5].                                                                                                            

Во – вторых, токсичность этанола связана с химическими свойствами этанола. Этанол легко окисляется до альдегида и карбоновой кислоты. Этанол вступает в реакции этерификации с высокомолекулярными карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров [2].

В - третьих, появление особых  свойств этанола (алкоголя) в организме: рефлекторное – защитная реакция организма от воздействия этанола со стороны иммунной системы, т.е. его отторжение в виде рвоты и снижения концентрации спирта через слюноотделение (воспринимается пьющими алкоголь  как рефлекс  усиления аппетита).

Токсическое свойство  - разрушение  организма и отравление продуктами распада этанола. Наркотическое свойство – этанол  включается в обмен веществ организма, т.е. зависимость организма  от искусственных гормонов удовольствия как аналогов собственных эндоморфинов.  Однако, наш организм  это саморегулирующая система, когда чего-то много, выработка его прекращается. Так как экзогенный алкоголь выводится из организма, то наступает такой момент, когда собственных эндоморфинов еще нет, а внешних уже нет. Это состояние называется похмельным. И тогда терпи, пока начнут вырабатываться свои гормоны удовольствия, или добавь еще спиртного, что ведет к алкогольной наркотической зависимости.

Мутагенное свойство – нарушение генетического кода, состояния ДНК, разрушение наиболее эволюционно совершенных фрагментов  структуры человека [1] (Приложение 3).

Раздел 2

Глава 1. Исследование этанола и его воздействия на клетки,

органы и системы органов

Я провёл исследование этанола и действия его на клетки, органы и системы органов по методикам, предложенным аспирантом А.И. Плаховым (Брянский государственный  университет   имени   И.Г. Петровского) [7].

 Исследование физических свойств этанола:

Цвет определил визуально в пробирке на белом фоне.

 Этанол – бесцветная жидкость.

Запах определил органолептическим путём.

Этанол имеет своеобразный запах.

Растворимость: к 10 мл подкрашенной синей краской воды (химический стакан № 1) и 10 мл  растительного масла желтоватого цвета (жидкий жир в стакане № 2) прилили столько же спирта. Содержимое стаканов  № 1 и № 2   равномерно окрашивается.

Вывод:  этанол - бесцветная жидкость со своеобразным запахом, хорошо растворяется в воде и растворяет жиры.

Исследование  действия этанола на клетки, органы и системы органов:

Опыт 1.  Воздействие  этанола  на активность ферментов слюны

 В три пронумерованные пробирки прилил по 2 мл  раствора  слюны (разведенной 1:1,содержащей фермент амилазу), добавил 2 мл жидкого крахмального клейстера. Во все пробирки добавил бурый спиртовой раствор йода.  Содержимое пробирки № 2 нагрел до температуры 37 -39 градусов, а в пробирку № 3 прилил  этанол. Наблюдал синее окрашивание в пробирке № 1 и частичное посинение в пробирке № 3.

 Выводы: амилаза не активна при  комнатной температуре (крахмал присутствует в пробирке №1), во второй пробирке при нагревании амилаза способствовала расщеплению крахмала, поэтому изменений не наблюдалось. Частичное посинение в третьей пробирке свидетельствует о снижении активности фермента под действием спирта.

Опыт  2.  Воздействие  этанола  на печень 

В пробирку налил 5 мл этанола и опустил в него кусочек свежей куриной печени. Через 3 минуты наблюдал  изменение  окраски  тёмно - коричневого цвета печени до  белого.

Вывод: этанол разрушает эритроциты и клетки тканей печени (обжигает, сваривает).

Опыт 3.  Воздействие  этанола  на сердечно - сосудистую систему

В пробирку налил 2 мл дихромата калия, подкисленного двумя каплями серной кислоты, добавил в неё столько же этанола. Опустил в неё кусочек куриного сердца. Через 5 минут  наблюдал изменение окраски тканей сердца, появление резкого запаха. 

Вывод: этанол окисляется до ацетальдегида и  разрушает упругую  структуру сердечной мышцы.

Опыт 4.  Воздействие  этанола  на репродуктивную систему

В 3 пробирки налил по 4 мл раствора куриного белка (известно, что цитоплазма половых клеток содержит значительное количество белка). Пробирку № 1 оставил для контроля, пробирку № 2  нагрел до кипения, в пробирку № 3 добавил этанола. В пробирке № 2 и 3 появились белые осадки. Затем во все три пробирки добавил по 3 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия и по 3 капли 1%-ного раствора сульфата меди (II) (биуретовая реакция на белок). Наблюдал появление фиолетового цвета только в пробирке № 1.

Вывод: этанол, как и высокая температура,  разрушает белок.

Опыт 5.  Воздействие  этанола  на желудок

В два стакана  налил поровну этанола, в стакан № 2  добавил немного поваренной соли. Опустил в каждую пробирку по кусочку  желудка курицы. Через 5 минут наблюдал  изменение окраски розоватых мышечных волокон до белого цвета в обоих стаканах, а  в стакане № 2  на  тканях желудка  появились ещё и микроязвы.

Вывод: этанол разрушает волокна желудка (идёт денатурация белка). Поваренная соль усиливает этот процесс (Приложение 4).

  Опытным путём я доказал, что этанол разрушает содержимое клеток, ткани, органы и в целом живой организм.

3. Заключение

В результате анализа источников информации я узнал о причинах токсичности этанола. Благодаря особому  строению (гидрофильная гидроксогруппа и липофильный радикал, полярность связей), этанол обладает  физическими (малая масса, растворимость в воде и жирах) и химическими (реакции окисления, этерификации) свойствами, способствующими быстрому проникновению спирта во все клетки, взаимодействию с веществами, содержащимися в цитоплазме клеток и межклеточном веществе.

Экспериментально я подтвердил теоретические данные о токсичности этанола. Этанол разрушает важные для нормальной жизнедеятельности организма белки, жиры,  эритроциты, ферменты, зародышевые клетки, ткани органов. Обладает токсичностью, в силу которой этанол имеет  пагубные последствия для организма. Таким образом,  я доказал, что этанол – это нейротропный, протоплазматический яд, воздействующий на вещества клетки и все органы человека,  уничтожающий их структуры на клеточном и молекулярном уровнях.

Я создал плакат «Этанол – смертоносный яд!» и разместил его копии в общественных местах нашего села. Вред этанола доказан. Если вы хотите жить долго и счастливо, откажитесь от приёма внутрь этого яда! Пить или не пить, жить или существовать - выбор за вами! (Приложение 5)

 Работа над определением причин токсичности этанола  оказалась очень интересной и полезной. Об этом свидетельствуют отзывы педагогов и школьников о моей работе. Есть ещё много вопросов, связанных с алкоголизмом, на которые мне хотелось бы найти ответы.