Фазлутдинов К.К.

09.09.2018 (обновленно 09.09.2018)

15131 просмотров

Физиологическое влияние фосфатов на организм человека, польза и вред

Содержание:

1. Общие сведения о фосфатах и пирофосфатах

2. Физиологическая роль фосфатов и пирофосфатов в организме и жизнедеятельности

3. Негативное влияние фосфатов и пирофосфатов на организм

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 P₂O₅^2-. 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.

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. PO₄^3- 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 PO₄^3-: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.