Распределение элементов в плазме и в цельной крови

02 Августа в 23:56 1894 0


Методом ICP-OES исследовали кровь 26 здоровых взрослых людей обоего пола (Барашков с соавт., 2003б). Коэффициенты распределения Кр 35 элементов между плазмой и цельной кровью рассчитывали по формуле:

Кр = Св плазме : Св крови,

где С — концентрация элемента.

Полученные значения Кр приведены в табл. 1 и на рис. 1.

Таблица 1. Коэффициенты распределения (Кр) элементов между плазмой и кровью

Элт

Кр

Элт

Kр

Элт

Кр

Элт

Кр

1

Ag

2

10

Сr

0,75

19

Mn

0,5

28

Si

1,7

2

Аl

0,95

11

Сu

1,9

20

Mo

1,4

29

Sr

2,4

3

As

0,6

12

Fe

0,013

21

Na

1,93

30

Та

0,7

4

В

0,6

13

Ga

0,9

22

Ni

0,4

31

Ti

1

5

Ва

1,3

14

Ge

0,8

23

P

0,55

32

V

0,3

6

Bi

1

15

In

1,8

24

Pb

0,8

33

W

1,5

7

Са

1,8

16

К

0,26

25

S

1,1

34

Zn

0,4

8

Cd

0,55

17

Li

2,6

26

Sb

1,1

35

Zr

1

9

Со

0,7

18

Mg

0,8

27

Se

3,1




К элементов

Рис. 1. Кр элементов (П/К), где П - плазма, К - цельная кровь

Видно, что распределение элементов в цельной крови (содержащей форменные элементы) и в плазме заметно различается. Элементы с Кр > 1,5 находятся преимущественно в жидкой фракции крови. Эти 9 элементов (Ag, Са, Си, In, Li, Na, Se, Si, Sr) составляют общий пул, и их можно назвать «элементами плазмы».

Второй пул составляют элементы с коэффициентами распределения около 1. Таких элементов 21 (Al, As, В, Ва, Bi, Cd, Со, Cr, Ga, Ge, Mg, Мп, Mo, Р, Pb, S, Sb, Та, Ti, W, Zr). Их можно назвать «элементами крови» (цельной).

Третий пул, имеющий Кp < 0,5, составляют остальные 5 элементов (Fe, К, Ni, V, Zn). Они содержатся в основном в форменных элементах крови. Их условно можно назвать «элементами клеток крови» (гематокрита).

Распределение элементов между плазмой и клетками крови оказалось связано с радиусом «основного» иона элемента (в пм) в каждой группе Периодической системы. Основным считают элемент с характерной электронной конфигурацией высшей по энергии подоболочки. В случае переходных металлов эту закономерность можно сформулировать так: чем больше радиус иона элементов В подгрупп всех групп таблицы Менделеева («переходных металлов», 4-12 групп), тем выше содержание этого элемента в плазме крови (табл. 2).

Таблица 2. Кр и радиус ионов металлов В подгрупп II-VIII групп (4-12 групп)

ат. №

Кр

Rion

ат. №

Кр

Rion

ат. №

Кр

Rion

Си 29

1,9

72

Zn 30

0,4

83

Ti 22

0,98

80

Ag 47

2

113

Cd 48

0,55

103

Zr 40

1,01

109

ат. №



ат. №



ат. №



V 23

0,3

59

Cr 24

0,75

64

Fe 26

0,013

67

Та 73

0,7

64

Мо 42

1,41

92

Ni 28

0,4

78




W 74

1,46

130

Co 27

0,7

82

Распределение в крови щелочных металлов (элементы подгруппы А первой группы таблицы Менделеева — 1 группа) и полуметаллов (подгруппа А четвертой группы — 14 группа) оказалось противоположным распределению переходных металлов, а именно: чем больше радиус иона щелочного металла или полуметалла (Si, Ge), тем выше его содержание в клетках крови (табл. 3 и рис. 2).

Таблица 3. Кр и ионный радиус щелочных металлов и полуметаллов подгруппы А 1 и 4 групп (1 и 14 групп)

1A (1) ат. №

Кр

Rion

4A (14) ат. №

Кр

Rion

Li 3

2,6

78

Si 14

1,7

26

Na 11

1,93

98

Ge 32

0,77

90

K 19

0,26

133

Pb 82

0,77

132

Зависимость К переходных металлов 8В группы

Рис. 2. Зависимость Кр переходных металлов 8В подгруппы (8-10 групп) от ионного радиуса (1 - Fe, 2 - Ni, 3 - Со) и элементов 1 и 14 групп

У щелочноземельных металлов (подгруппа А II группы, 2 группа) Кр подчиняется общему правилу для переходных металлов (с увеличением радиуса иона содержание элемента в плазме увеличивается), за исключением Ва2+. У остальных элементов первых подгрупп периодической системы сохраняется та же закономерность (табл. 4).

Таблица 4. Кр и радиус ионов элементов А подгрупп II-VI групп (2,13-16 групп).

2А (2) ат. №

Кр

R.

3A (13) ат. №

Кр

Rinll

4А (14) ат. №

Кр

R.

Mg 12

0,8

78

В 5

0,6

23

Si 14

1,7

26

Са 20

1,8

106

Аl 13

0,95

57

Ge 32

0,77

90

Sr 38

2,4

127

Ga 31

0,91

62

Pb 82

0,77

132

Ва 56

1,3

143

In 49

1,8

92




5А (15) ат. №



6А (16) ат. №






Р 15

0,55

44

S 16

1,1

37




As 33

0,58

69

Se 34

3,1

69




Bi 83

0,97

74







Sb 51

1,1

89







Зависимости Кр элементов в крови от их расположения в различных периодах таблицы Менделеева, а также от внешней электронной конфигурации (s-, р-, d-, f-элементы) не обнаружено.

Поскольку радиус иона зависит от ряда факторов, в первую очередь от состояния окисления, степени ионизации и координационного числа (Эмсли, 1993), важен именно «основной» — «рабочий» — ион. Известно, что радиус иона жестко связан с его валентностью. Следовательно, в результате выявленных закономерностей появляется возможность по Кр элемента судить о радиусе (= валентности) иона и, таким образом, о структуре элементоорганического соединения или металл-лигандного комплекса.

Объяснить причины такого распределения можно, исходя из физико-химических свойств элементов и их взаимодействия с компонентами крови. Оно одинаково и для эссенциальных, и для токсичных элементов. Различия индивидуальной роли элементов проявляются в ходе дальнейших реакций обмена веществ, после их проникновения в клетки организма благодаря активности насосов клеточных мембран.

Щелочные металлы (Li с К = 2,6 и Na с Кр= 1,93) находятся в жидкой фазе. Они слабо проникают в клетки крови, поскольку этому препятствует активность натриевого насоса. По этой причине ионы К+ задерживаются внутри клеток крови (для К Кр = 0,26), а ионы Na+ удаляются в плазму. Соотношение Na/K в цельной крови здоровых людей составляет около 1,5. Отклонения от этой величины сигнализируют о нарушениях электролитного гомеостаза, зависящего в первую очередь от деятельности почек.

Поглощение калия клетками стимулирует инсулин. В норме ионы К+ проникают в клетки из внеклеточной жидкости в обмен на ионы Na+, активно выбрасываемые из клетки натриевым насосом (Na+, K+-обменивающая АТФаза). При снижении активности натриевого насоса или повреждении клеточных мембран развивается гиперкалиемия, угрожающая остановкой сердца и фибрилляцией желудочков.

С другой стороны, при недостатке калия, нередко развивающемся на фоне приема лекарственных препаратов (в частности, диуретиков), или при его перераспределении из внеклеточного во внутриклеточное пространство при алкалозе, может развиться гипокалиемия. Обычно она связана с расстройствами нейромышечной функции и проявляется мышечной слабостью, тахикардией, паралитической непроходимостью кишечника.

Распределение нещелочных элементов 1 пула подчиняется другим правилам. Преобладание в плазме меди объясняется фактом депонирования этого элемента церулоплазмином (с которым в организме связано около 95% меди). Подобным же образом можно объяснить распределение Ag, Са, In, Sr. Что касается Se и Si, они, вероятно, присутствуют в плазме в виде анионов.

Элементы 3 пула в норме образуют комплексы с компонентами клеток. Так, Fe связан с порфириновыми структурами гемоглобина, миоглобина и других гемопротеинов клеток, в том числе каталазы и цитохромов. В плазме он связан с транспортным белком трансферрином, причем в нем содержится менее 0,1% общего запаса железа в организме. Поскольку «свободное» железо токсично, его транспорт и хранение в нетоксичной форме обеспечивается комплексообразованием с компонентами белков и другими молекулами клеток. По-видимому, подобным образом можно объяснить свойства и остальных 3d металлов с учетом вариаций, зависящих от молекул лигандов, с которыми они образуют комплексы.

Можно предположить, что 3d металлы 2 пула (Cd, Со, Cr, Ti, V, W, Zr) связываются лигандами клеток по такому же механизму. При недостатке этих лигандов МЭ могут оказывать токсическое действие, проявляющееся микроэлементозами.

Все патологические процессы, связанные с изменением проницаемости оболочек клеток, сопровождаются изменением соотношения элементов, т.е. изменениями Кр между плазмой и клетками крови, или в цельной крови. Таким образом, состояние организма при патологических процессах можно оценивать по соотношениям в крови содержания пар элементов, важнейших для характеристики гомеостаза. Для жителей центра России такие соотношения составляют для Na/K — 1,5; для S/Р — 3,92; для Zn/Cu — 6,2, с некоторым доверительным интервалом (±95%, равным примерно 2σ).

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 74441 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19404 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17249 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы