НПП Электрохимия
Гальванические покрытия и механообработка

elhim.ekb@yandex.ru

8-912-044-66-44

8-922-162-66-44

Физиологическое влияние фосфатов на организм человека, польза и вред

1. Общие сведения о фосфатах и пирофосфатах.
Фосфатами называются соли или эфиры фосфорных кислот. По количеству атомов фосфора различают ортофосфаты (соли и эфиры ортофосфорной кислоты) и конденсированные фосфаты.


Ортофосфаты содержат один атом фосфора, например ортофосфат калия - K3PO4, метилфосфат - (CH3O)P(O)(OH)2 . Ортофосфорная кислота H3PO4 является трехосновной, соответственно образует три ряда фосфатов: средние или нормальные фосфаты (Na3PO4), гидрофосфаты (Na2HPO4), и дигидрофосфаты (NaH2PO4). Большинство средних солей труднорастворимы или нерастворимы в воде. Наиболее растворимыми являются дигидрофосфаты.


Конденсированные фосфаты содержат более одного атома фосфора и образуют связи типа P-O-P. Примером конденсированных фосфатов являются соли и эфиры пирофосфорной кислоты - пирофосфаты, имеющие в своём составе анион P2O52-. Ортофосфаты получают воздействием ортофосфорной кислоты на щелочи. Пирофосфаты можно получить нагреванием фосфатов. Природные запасы фосфатов представлены крупными месторождениями апатитов и фосфоритов.


Фосфаты проявляют характерные для всех солей химические свойства. При нагревании выше 2000 ºС разлагаются на оксиды. Безводные соли стабильны при нагревании до температуры плавления.

 

В данной статье мы рассмотрим влияние и биологическую роль орто- и пирофосфатов в организме человека.


2. Физиологическая роль фосфатов и пирофосфатов в организме и жизнедеятельности.
Фосфор является ценным питательным элементом для растительных организмов, поэтому растворимые фосфаты широко используется в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Минеральное удобрение «суперфосфат», активно применяемое как в промышленном масштабе, так и в частных садово-огородных хозяйствах, содержит дигидрофосфат кальция. Так же широко используется удобрение «аммофос», которое представляет собой смесь гидро- и дигидрофосфата аммония.


Фосфор, который содержится в орто- и пирофосфатах является важнейшим биогенным элементом. Без него невозможен синтез белков и нуклеиновых кислот. Кроме того фосфор принимает непосредственное участие в процессе фотосинтеза.

 

Его содержание в животном организме составляет 1% по массе. Более 85% биологического фосфора содержится в костной ткани в виде фосфата кальция, в зубах - в виде гидроксиапатита Ca5(PO4)3OH и фторапатита Ca5(PO4)3F. Фосфор также входит в состав важнейших нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), клеточных мембран, сложных эфиров глюкозы. Органические фосфаты в процессе ферментативных реакций участвуют в синтезе молекул АТФ и АДФ (аденезинтрифосфат и аденезиндифосфат). АТФ и АДФ являются конденсированными органическими фосфатами и играют важнейшую роль в энергетическом обмене и в биохимических процессах всех живых организмов. В эритроцитах и в плазме крови постоянно сосредоточены гидрофосфаты и дигидрофосфаты Они играют ключевую роль и в поддержании рН крови организма на постоянном уровне.

 

Биохимическая значимость соединений фосфора в организме определяется свойствами фосфорных кислот и их солей. Неорганические фосфаты поступают в организм извне, в то время как органические могут образовываться в организме в результате биологических преобразований. В частности, эфиры фосфорных кислот синтезируются в организме в результате ферментативного фосфорилирования различных биосубстратов, которые без этого не могут быть использованы клетками как источники энергии. Биосубстрат - это какое либо вещество, участвующее в ферментативном обмене и преобразуемое в один или несколько конечных продуктов.


В основе энергетического обмена в живых организмах лежат реакции гидролиза АТФ и АДФ, которые сопровождаются выделением большого количества энергии.

 

АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 ,ΔGº = -36.1 кДж*моль-1
АТФ + H2O → АМФ + H3PO4 ,ΔGº = -29,4 кДж*моль-1

 

Для обеспечения организма взрослого мужчины химической энергией необходимо в общем 30 грамм АТФ. Это количество постоянно расходуется и восполняется. Реакции гидролиза и ресинтезирования АТФ из АДФ и фосфата, должны произойти в течение суток десятки тысяч раз. Таким образом, фосфатные группы АТФ непрерывно обмениваются на ортофосфат-ионы внутриклеточной жидкости. В этом состоит основная суть фосфорно-энергетического обмена в живых организмах.


Также необходимо помнить, что помимо участия в энергетическом обмене в роли переносчика энергии для обеспечения процессов биосинтеза, мышечных сокращений и других процессов, АТФ является биосубстратом для дальнейшего синтеза нуклеиновых кислот.


Фосфатные группы биологических полифосфатов, таких как АТФ и АДФ, в условиях организма находятся почти полностью в ионизированном состоянии. Также почти полностью ионизированы в организме фосфатные группы нуклеиновых кислот и других органических фосфатов. Поскольку такие анионы являются сильными лигандами, то и комплексы они образуют преимущественно с сильными комплексообразователями. В связи с этим во внутриклеточных жидкостях постоянно присутствуют магниевые комплексы АТФ и АДФ, являющиеся активной формой АТФ. Нуклеиновые кислоты преимущественно активируются за счет образования комплексов калия и магния.

 

Нормы потребления фосфора сильно различаются в зависимости от возраста человека:
- для взрослого норма составит около 2000 г;
- для беременных и кормящих женщин - 1000 мг;
- для детей от 7 лет - 1200 мг;
- для дошкольников 700-800 мг;
- для грудных детей 300-500 мг.


Наиболее биологически доступной формой соединений фосфора являются водорастворимые фосфаты. Примерно 70-75% фосфора усваиваются при прохождении по желудочно-кишечному тракту, причем степень его абсорбции снижается при совместном употреблении пищи с содержанием ионов кальция, магния, бария и железа. Абсорбции фосфатов способствует потребление с пищей жирных кислот, витамина D, а так же синергистов фосфора - калия и марганца. Синергизм микроэлементов - это комплексное действие, при котором достигается усиление положительного влияния микроэлемента на организм.


Обмен фосфора в организме тесно взаимосвязан с кальциевым обменом: при росте содержания кальция в крови, снижается содержание неорганических фосфатов.


В организм человека фосфор в виде различных фосфатов поступает, в основном, с продуктами питания. Однако скорость и степень его усваиваемости у продуктов весьма разнится. Наиболее биодоступным является фосфор, содержащийся в морепродуктах - он усваивается на 99%. Из злаков и бобовых организм усваивает около 20% содержащихся фосфатов, из фруктов - около 10%. Такая разница обуславливается тем, что фосфаты могут содержаться в продуктах питания в нерастворимой и труднорастворимой форме.

 

Примерное количество фосфатов в пищевых продуктах:

Продукт

Количество, мг на 100 г продукта

Сушеные лесные грибы

1750

Тыквенные семена

1233

Пшеничные отруби

950

Кунжут

720

Желток куриного яйца

550

Говяжья печень

500

Карп

530

Сардина

490

Икра красная

490

Фасоль

480


3. Негативное влияние фосфатов и пирофосфатов на организм.
Известно, что загрязнение поверхностных вод биогенными элементами наиболее интенсивно происходит в районах с развитым сельским хозяйством, что связано с "увлечением" удобрениями.


Общемировая тенденция целенаправленной фосфатизации почв имеет две стороны: с одной, фосфора, необходимого для успешных сельскохозяйственных работ, в почве недостаточно, поэтому приходится вносить при посадке растений фосфатные удобрения в количестве до 20 млн. тонн в год. С другой стороны, большая часть производимых фосфатов смывается с поверхностным стоком в русла рек и далее выносится в мировой океан.

 

Согласно американским исследованиям, только 1/10 часть фосфора, полезно используется при выращивании кормов и скота. Из общего количества фосфатов, вносимых при сельхозработах 3/10 остается в почвах, а 6/10 поступает со стоками в водоемы. Фосфор, содержащийся в фосфатах, является ключевым элементом для активного развития водорослей.

 

Попадание фосфатов в водоемы приводит к процессу эвтрофикации - насыщению вод биогенными элементами, сопровождающийся резким нарушением в равновесии различных видов флоры и фауны. Бесконтрольная антропогенная эвтрофикация может приводить к появлению в воде цианобактерий, которые в процессе жизнедеятельности производят токсины опасные для людей и животных, а так же приводит к недостатку кислорода, что провоцирует падеж рыб.

 

Крайне важно контролировать применение фосфатных удобрений в сельском хозяйстве. Однако и промышленно-бытовые стоки вносят весомую долю загрязнений. Фосфаты могут присутствовать в сточных водах предприятий химической, металлургической промышленности, пищевой, рыбообрабатывающей и легкой промышленности. PO43- применяются в качестве смягчающих воду агентов в моющих средствах, в пищевой промышленности в качестве разрыхлителя, консервантов (Е340, Е451). Фосфаты могут содержаться и в стоках гальванических производств, попадая туда от линий обезжиривания, фосфатирования, травления и ряда других.

 

Важно применять современные и эффективные методы очистки бытовых и промышленных сточных вод от фосфатов.

 

На сегодняшний день наиболее распространен избыток фосфатов в рационе человека, нежели его недостаток. Несмотря на то, что фосфор является неотъемлемым участником энергетического обмена и биохимических процессов в целом, превышение его содержания в тканях и органах обладает широким спектром негативных эффектов.


В основном, вывод фосфора из организма осуществляется почками. Типичным для хронической болезни почек (ХБП) является нарушение минерального обмена, что характеризуется задержкой в организме избытка неорганических фосфатов. При развитии дисфункции почек возникают общие изменения в организме, которые схожи с признаками преждевременного старения. Концентрация фосфора в организме имеет тенденцию к постоянному накоплению, соответственно обсуждаемые риски имеют значение не только для людей с уже диагностированной дисфункцией почек, но и в условиях избыточного пищевого потребления фосфора.


Кроме того, превышение содержания P в сыворотке крови связано с клиническими проявлениями сердечно-сосудистых заболеваний: кальцификацией сосудов и клапанов (КС), гипертрофией миокарда. Кальцификация - внутренняя минерализация сосудов и клапанов, вызывает сужение просвета и нарушение общего кровоснабжения. КС является существенным фактором риска смертности у больных с дисфункцией почек. На преддиализных стадиях ХБП повышение концентрации фосфора на 1 мг/л плазмы сопровождалось увеличением риска инфаркта миокарда на 35%.

 

Также важно знать о серьезном детском заболевании, связанном с нарушением обмена фосфора в организме - детский фосфат-диабет (гипофосфатемический рахит с фосфатурией). Это серьезное заболевание характеризуется избыточной потерей фосфатов с мочой, опосредованным возникновением дефицита фосфатов в сыворотке крови (меньше 0,8 ммоль/л), рахитом. Заболевание требует пожизненной терапии и не имеет, в настоящее время, методов консервативного и оперативного лечения.

Некоторые фосфаты, а особенно органические, являются весьма токсичными веществами.

 

Рассмотрим клинические признаки отравления PO43-:
• При пероральном введении могут вызывать спазм гладкой мускулатуры. Спазм бронхов, вплоть до обструкции, ЖКТ.
• Вызывают резкое усиление секреции желез (слюнных, бронхиальных рецепторов, потовых желез).
• Могут вызывать резкое падение артериального давления и пульса.
• Вызывают судороги периферических мышц.
• Обладают ярко выраженной нейротоксичностью, сопровождающейся потерей сознания, прогрессирующим параличом нижних конечностей.

 

Смертельная доза фосфатов для взрослого человека составляет около 1 г на килограмм массы тела.

 

Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"