«Железо и здоровье человека»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение          «Средняя школа №1 имени А.В.Войналовича»

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА

«Железо и здоровье человека»

Автор: Курбанов Иван,

обучающийся 8 «А» класса

Руководитель: Тополь Вера Николаевна,
учитель химии

г.Нижневартовск

Содержание

Введение        3

I. Знакомство человечества с железом        5

II. Железо в природе        6

III.Почему железо нужно для здоровья человека        7

IV. Исследования        15

Заключение        18

Литература.        19

Приложение        20

Введение

На протяжении веков представление людей о том, что, значит, быть здоровым, почти не изменилось. Вообще, мысль о том, что здоровье – состояние, при котором соблюдается некий баланс– было довольно распространенной в разные времена, у разных народов.

Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Жизнь требует постоянного обмена веществ в организме. Поступлению в организм химических элементов способствуют питание и потребляемая вода. В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне.  Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержания находятся в относительном постоянстве.

Металлы, входящие в состав живых организмов, играют огромную роль в их жизнедеятельности. Они стимулируют нормальный обмен веществ, активно участвуют в кроветворении, влияют на рост, размножение и наследственность. Вот почему их называют металлами жизни. К ним относятся железо, цинк, медь, селен, марганец, кальций, кобальт и др. Знания о них позволили найти принципиально новые подходы к лечению многих болезней, считавшихся ранее неизлечимым.

Каждый день мы слышим выражения типа «стальные нервы», железные мускулы», «железная воля». И даже не задумываемся о том, что для формирования человеческого организма железо - действительно жизненно важный элемент.        

 Железо является жизненно необходимым элементом для организма для

здорового функционирования взрослого человека и полноценного развития ребенка. Без воздуха человечество умерло бы в считанные минуты. Без железа в крови тоже! Неадекватное количество железа в организме в крови вызывает малокровие или железодефицитную анемию. Дефицитом железа страдают свыше 2 миллиардов людей на земле. Избыток железа также вреден для организм.

 Целью данной работы стало изучение влияния железа на здоровье человека.

Для реализации данной цели поставлены  задачи:

провести обзор литературы по данной теме;  

выявить основные меры профилактики железодефицитных заболеваний; выявить число подростков страдающих анемией;

определение содержание железа в некоторых продуктах питания.

I. Знакомство человечества с железом

Железо известно людям примерно 5 тыс. лет. Вероятно, впервые человек познакомился с метеоритным железом, о чём свидетельствуют его названия на языках древних народов: древнеегипетское «бени-пет» означает «небесное железо»; древнегреческое sideros связывают с латинским sidus-звезда, небесное тело. В хеттских текстах 14 века до н. э. упоминается о железе как о металле, упавшем с неба. В романских языках сохранился корень названия, данного римлянами. Его ценили дороже золота

 Способ получения железа из руды открыли в разное время сразу в нескольких странах: в Египте и Месопотамии (2 тысячелетие до н.э.), в Закавказье, Малой Азии и Древней Греции (конец 2 тысячелетия), в Китае (середина 1 тысячелетия до н.э). В странах Нового света железный век наступил лишь во 2 тысячелетии нашей эры.

Широкое применение железо нашло значительно позже, так как в свободном состоянии встречается в природе крайне редко, а получение его из руд стало возможным лишь на определённом уровне развития техники.

II. Железо в природе

По содержанию в литосфере(4,65% по массе) железо занимает второе место среди металлов(на первом алюминий). Оно энергично мигрирует в земной коре, образуя около 300 минералов(оксиды, сульфиды, силикаты, карбонаты, титанаты, фосфаты и т.д.). Железо принимает активное участие в магматических, гидротермальных и гипергенных процессах, с которыми связано образование различных типов его месторождений. Железо-металл земных глубин, оно накапливается на ранних  этапах кристаллизации магмы, в ультраосновных(9,85%) и основных(8,56%) породах(в гранитах его всего 2,7%). В биосфере железо накапливается во многих морских и континентальных осадках, образуя осадочные руды.

Важную роль в геохимии железа играют окислительно-восстановительные реакции-переход 2-валентного железа в 3-валентное и обратно. В биосфере при наличии органических веществ Fe3+ восстанавливается до Fe2+ и легко мигрирует, а при встрече с кислородом воздуха Fe2+ окисляется, образуя скопления гидрооксидов 3-валентного железа. Широко распространённые соединения 3-валентного железа имеют красный, жёлтый, бурый цвета. Этим определяется окраска многих осадочных горных пород и их наименование-«красноцветная формация» (красные и бурые суглинки и глины, жёлтые пески и т.д.).

3. Почему железо нужно для здоровья человека

Железо - это самый хорошо изученный минерал, чье действие на организм уже давно определенно. Еще в XVIII веке железо было идентифицировано как основа крови. Как говорил Мефистофель, «кровь-это сок особого рода». Из всех жидкостей организма именно кровь обеспечивает человека кислородом, жизненно необходимым для выработки энергии всех видов, и удаляет основной ядовитый продуктообмена веществ - углекислый газ. Транспортировка этих газов происходит при непосредственном участии атомов железа.

Непосредственную доставку кислорода к каждой клетке осуществляет входящее в состав крови специальное белковое соединение гемоглобин. Впервые он был обнаружен в 1839 году немецким исследователем Р. Хюнефельдом в составе красных кровяных телец - эритроцитов. Гемоглобин состоит из двух частей: крупной белковой молекулы - глобина и встроенной в нее небелковой структуры - гема, в сердцевине которого и находится ион железа.

Это железо легко вступает в связь с кислородом и именно соединение кислорода с железом окрашивает кровь в красный цвет.

Кислород - это окислитель. Но союз кислорода и железа в гемоглобине - невероятное исключение. Здесь никакого окисления не происходит. Ион железа как бы "берет за руку" молекулу кислорода и "ведет" ее к месту свершения действительного окисления и там ее "отпускает". За это свойство английский физиолог, один из основателей науки о дыхании Дж. Баркрофт, назвал гемоглобин "самым удивительным веществом в мире". Кроме того, гемоглобин выполняет и другую очень важную функцию - выведение с места окисления углекислого газа. И если кислород вводится в клетку гемом, то углекислоту оттуда "выносит" глобин.

Таким образом, красные кровяные тельца, "набитые" миллионами молекул гемоглобина, выступают в роли автобусов, которые никогда не делают холостых пробегов: в одну сторону (от легких к клеткам) они "везут" кислород, а в другую (от клеток к легким) - "вывозят" углекислоту. Вот так все рационально устроено в природе!

Но не весь кислород, доставленный гемоглобином, сразу же идет в дело. Часть его остается в мышцах про запас. И вот для чего. В экстремальной ситуации, при повышенной физической нагрузке, когда мышцы начинают усиленно работать, им может не хватить доставленного кислорода, тогда они обратятся к своим запасникам. Роль таких запасников в мышцах играет другой гемосодержащий белок - миоглобин - "младший брат" гемоглобина.

Содержание железа в организме человека (масса тела 70 кг) составляет по некоторым данным 3,5 г.

Распределение железа в организме человека  ( в процентах от общей массы железа) показано в табл. 1.

Таблица 1. Железо в организме человека (% от общей массы железа)

Небольшая часть железа расходуется на рост покровных тканей организма – кожи и ногтей. Железо входит в состав пигмента, окрашивающего волосы (рыжие волосы содержат в 5 раз больше железа, чем любые другие).

Период нахождения железа в организме человека превышает 10 лет, так как железо, содержащееся в гемоглобине, при разрушении эритроцитов практически не выводится из организма, а рециркулируется печенью. Суточная потребность в железе взрослого человека составляет 5-10 мг, она увеличивается при интенсивной мышечной деятельности, беременности, кормление грудью.

Основной путь поступления железа в организм человека – с пищей. По оценкам ВОЗ доля воды в общем объеме естественного поступления железа в организм среднестатистического человека не превышает 10%.  Из продуктов питания наиболее богаты железом печень, мясо и почки животных, яичный желток, рыба, а также сушеные белые грибы, бобовые (горох, фасоль, соя), гречка, зелень шпината и петрушки, айва, чернослив, абрикосы, другие овощи и фрукты.

При этом надо отметить, что железо – трудно усваиваемый элемент. Так, из продуктов животного происхождения, где железо содержится в так называемой гемовой (дословно – «относящийся к крови») форме, усваивается от 10% (рыба) до 20-30% (телятина) железа. Из продуктов же растительного происхождения (где железо содержится в двухвалентной форме) этот показатель ниже – от 1% (рис, шпинат) до 6% (соевые бобы). Железо же в трехвалентной форме практически не усваивается. Источники поступления железа в организм человека указаны в табл. 2.          

Таблица 2. Содержание железа в продуктах питания (мг/100 г)

Из всего железа, которое находится в пище, усваивается 2 – 20%, причём немаловажно и то, что из продуктов растительного происхождения атомы железа входят в состав белковых молекул, что облегчает его усвоение.

Если человек плохо пережёвывает пищу или ест редко, но помногу, железо из трёхвалентной формы не восстанавливается в двухвалентную и остаётся недоступным для усвоения, т.к. соляная кислота, пепсин и другие реагенты просто не успевают добраться до железа, заключённого в массе съеденной пищи. Всасывание железа заметно снижается при заболеваниях, связанных с поражением слизистой оболочки кишечника (особенно паразитарных)

Влияет на усвоение железа и состав пищи. Витамин C и фруктоза  (содержится в овощах, фруктах, соках, мёде) создают благоприятные условия для усвоения железа, т.к. образуют с ним хорошо растворимые соединения. Большую роль играют витамины группы B. Однако у железа кроме «друзей» имеются и «враги». Враги железа – это чай, кофе, молочные продукты и яичные желтки. Чашка чая, выпитая во время еды, сократит усвоение железа почти на 2/3, поскольку при этом образуются труднорастворимые соединения. Если кофе выпить после приёма пищи, то организм недосчитается 40% железа, а если- за один час до еды, он оставит железо в неприкосновенности. Если с железом у вас всё в порядке, то можно спокойно есть продукты, которые числятся во «врагах» железа. Если же нет, то необходимо изменить свой образ жизни.  

В воде железо находится в виде солей Fe3+ . ГОСТ разрешает содержание железа в питьевой воде до 0,3 мг/л. Если нет станции обезжелезивания, то до 1 мг/л. Если же содержание железа превышает указанную величину, то это отрицательно сказывается на органах пищеварительной и сердечно-сосудистой систем.

Организм человека очень бережно обращается с железом, но даже у здорового человека железо понемногу выводится из организма: взрослый мужчина теряет в сутки ~1 мг железа. Потребность в желудке у мужчин 0,9-1,2 мг в сутки, а у женщин1,3-2,5 мг. Если человек не получает с пищей достаточного количества железа, в расход идёт резервное железо. У мужчин эти запасы составляют 1 г, и за счёт его они могут существовать 2-3 года, если даже в пище не будет ни одного атома железа. У женщин эти запасы в 3 раза меньше, поэтому дефицит железа у них возникает намного раньше.

Когда железа начинает не хватать и организм приступает к расходованию его запасов, хранящихся в печени. И всё же эти резервы могут оказаться недостаточными, если с пищей поступает слишком мало железа или слишком велики его потери: возникает заболевание железодефицитная анемия, или малокровие.

Последствия железодефицита (ЖД) очень неприятны, так как любой недостаток железа в организме нарушает снабжение клеток кислородом. В результате этого:

• развивается железодефицитная анемия (малокровие);
• снижается иммунитет и, как следствие этого, увеличивается риск инфекционных заболеваний;
• у детей происходит задержка роста и умственного развития, повышается утомляемость и снижается успеваемость;
• взрослые ощущают постоянную усталость;
• происходят нежелательные изменения в тканях и органах.

Особой ранимостью при ЖД подвержены эпителиальные ткани: кожа, слизистые оболочки полости рта, желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и дыхательных путей. Одной из причин различных дерматитов, экзем и других заболеваний кожи может служить именно ЖД. Нарушение слизистой ЖКТ сопровождается нарушением процесса всасывания питательных веществ. Вероятность кишечных инфекций и ОРЗ при ЖД увеличивается в 1,5-2 раза.

Вовлечение в патологический процесс центральной нервной системы  при ЖД подтверждается отставанием психомоторного развития детей, обеднением их эмоциональной сферы с преобладанием плохого настроения, вялости, раздражительности, плаксивости. У школьников значительно снижается способность к концентрации внимания, они быстро утомляются, у них снижается индекс интеллектуальности. Кроме того, могут наблюдаться понижение артериального давления, частые головокружения и учащенное сердцебиение

Правильное питание – хорошее подспорье в профилактике анемии. Основные источники железа – постная говядина, печень и каши, яблоки.

А сочетание мяса с фасолью и блюдами из круп (особенно гречневой) будет способствовать лучшему усвоению микроэлемента. С этой же целью стоит включать  в свой рацион продукты, богатые витамином С: клюкву, черную смородину, петрушку, болгарский перец, настой шиповника. Улучшает усвоение  железа и фруктоза, которая в достаточном количестве содержится в меде, особенно в темных сортах.

Существует  В12 – дефицитная анемия - еще называют ее злокачественной, потому что она носит тяжелый прогрессирующий характер, возникающую при нарушении усвоения организмом витамина В12, поступающего к нам с пищей. Усвоение этого витамина В12, не происходит из-за пониженной (или при отсутствии) секреции внутреннего желудочного фактора. Клиническая картина В12-дефицитной анемии проявляется симптомами поражения желудочно-кишечного тракта, нервной системы и кроветворной ткани.

Типичным симптомом является потеря зрения, которое быстро восстанавливается под влиянием лечения витамином В12. У одних больных преобладает эмоциональная слабость, утомляемость, рассеянность, неустойчивость внимания, подавленно-слезливое настроение. У других – раздражительность, недовольство, легкая возбудимость, повышенная требовательность. Лечение больных В12-дефицитной анемией (как и других анемий) проводит врач-гематолог. Главным в лечении является назначение витамина В12, инъекции которого делаются ежедневно. При улучшении состояния частота инъекций сокращается. Состояние больного при таком лечении довольно быстро улучшается. Поэтому прогноз при своевременно начатой терапии благоприятный. Для лечения данного заболевания используют и препараты железа.

Врачи, учитывая индивидуальные особенности больного, назначают ему и другие медикаменты, а также диету с набором продуктов, богатых витамином В12. ведь этот витамин является непременной составной частью процессов кроветворения, особенно для созревания эритроцитов. Витамином В12 богаты печень, мясо, яйца, рыба, молочные продукты, дрожжи.

Если же в плазму крови внезапно поступает большое количество железа, то такое избыточное, ненужное организму железо также откладывается в тканях. В этом случае образуется соединение трехвалентного железа с белками, но уже в виде нерастворимого в воде комплекса — гемосидерина. Это соединение уже не может быть использовано организмом в будущем. Его накопление расстраивает функции тех тканей и органов, где оно происходит, и приводит к развитию заболевания — гемосидероза. Болезнь довольно редка и возникает при массовом разрушении эритроцитов.

Явления отравления железом выражаются рвотой, диареей (иногда с кровью), падением АД, параличом ЦНС и воспалением почек. При лечении железом могут развиться запоры, так как железо связывает сероводород, что ослабляет моторику кишечника. Избыток железа в организме может привести к дефициту меди, цинка, хрома и кальция, а также к избытку кобальта.  Кроме того, повышенное содержание железа в организме способно привести к активизации болезнетворных микробов и ослаблению иммунитета.

Словом, недостаток железа - плохо, избыток - тоже плохо. В человеческом организме всего должно быть в меру.

IV. Исследования

        1. Определение гемоглобина в крови, заболеваний учащихся

В начале учебного года учащиеся 10 класса сдавали кровь для общего анализа. Я исследовала результаты, полученные в  лаборатории. В результате исследования выявлено: у 10 человек - повышенный гемоглобин –150 г/л: из них 7 человек - спортменов; ниже нормы-  1 ученик, В результате можно сделать вывод, что при физических нагрузках кислорода требуется в большом количестве и гемоглобина у школьников – спортсменов повышенное содержание.

Изучая заболевания учеников нашей школы, видно, что в 2009 году значительно идёт снижение болезней органов пищеварения, но отмечен рост болезней нервной системы.

При недостатке железа возникает заболевание – малокровие. За два года в нашей школе  количество заболевших осталось на прежнем уровне – 2 человека.

2. Обнаружение ионов железа в воде

Объектом исследования является питьевая вода. Для анализа взяты пробы воды в школе и  улица Нефтяников.

Обнаружение катионов железа (III)

Реагенты: тиоционат аммония (20г NH4CNS) растворить в дистиллированной воде и довести до 100 мл; азотная кислота (конц.); перекись водорода (w(%)=5%)

Условие проведения реакции:

1. рН < 3,0 (кислая среда)
2. Температура комнатная.
3. Действием переоксида водорода ионы Fe(II) окисляют до Fe(III).

Выполнение анализа

К 10 мл пробы воды прибавляют 1 каплю азотной кислоты, затем 2-3 капли пероксида водорода и вводят 0,5 мл тиоционата аммония. При концентрации ионов железа более 2,0 мг/л появляется разовое окрашивание, при концентрации более 10 мг/л окрашивании становится красным:

                                    Fe3+ +3CNS – =Fe(CNS)3        

Анализ проб воды в школе показал повышенное содержание ионов железа -0,5 мг/л при ПДК – 0,3 мг/л. Можно предположить, что повышенное содержание ионов железа в воде является следствием коррозии стальных водонесущих труб, т.к. школа находится в старой части города.

3. Определение ионов железа в гематогене

К раствору гематогена добавила  раствор красной или желтой кровяной соли, немного кислоты и слегка нагрела пробирку. Раствор получил окраску "берлинская лазурь". Это доказало наличие ионов железа в данном препарате.

4. Исследование школьного меню

Школьное меню:

Красная рыба – 50г: 0,65мг железа

Картофельное пюре – 100г: 1,2мг железа

Чай – 200г

Булочка – 60г 0,7мг железа.

Так как чашка чая сокращает усвоение железа на 2/3, то общее число железа, которое ученик получает при питании в столовой, составляет 0,85мг, а необходимо 5-10 мг.

Бутерброд с сыром на булочке- 20/60 г: 0,87 мг железа

Какао с молоком – 200г: 1,97мг железа

Апельсины- 100г: 0,5 мг железа

Всего: 3,25 мг железа

Заключение

Железо один из древнейших металлов, который известен человеку уже около 5 тыс. лет. Этот элемент играет очень важную роль в жизни человечества и всех живых организмов на земле, Избыток и недостаток  железа отрицательно воздействует на  функционирование нашего организма. Для улучшения ситуации необходимо сбалансированное питание во всех возрастных группах, соблюдать определенные рекомендации.

1. Для снижения риска заболевания обучающимся и работникам школы употреблять воду для питья из кулеров.
2. Для профилактики принимать гематоген по инструкции (особенно в весенний и   осенний период) для повышения гемоглобина в крови и снижения риска заболевания анемией.
3. Обучающимся, имеющим пониженный гемоглобин следить за тем, чтобы в их  рационе были продукты, содержащие железо; во время еды чай и кофе часто не употреблять.

Литература.

1. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. М: металлургия, 1986.
2. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Всё о пище с точки зрения химика. М.: Высшая школа, 1991.
3. Уильямс Д. Металлы жизни. М.: Мир, 1993
4. Филов В.А.. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов 5-8 групп. Л.: Химия, 1988.
5. Харитонов Ю.А. Аналитическая химия, - М.: Высшая школа, 2001
6. Химия №2, 2006.
7. Химия в школе №5, 1998.

Приложение

1. Уровень содержания гемоглобина крови

учащихся 10 класса

октябрь 2009

2. Заболевания учащихся школы

На данной диаграмме видно, что в 2009 году значительно идёт снижение болезней органов пищеварения. Но отмечен рост болезней нервной системы

Рекомендации:

1. Для снижения риска заболевания обучающимся и работникам школы употреблять воду для питья из кулеров.
2. Для профилактики принимать гематоген по инструкции (особенно в весенний и   осенний период) для повышения гемоглобина в крови и снижения риска заболевания анемией.
3. Обучающимся, имеющим пониженный гемоглобин следить за тем, чтобы в их  рационе были продукты, содержащие железо; во время еды чай и кофе часто не употреблять.