Северо-Казахстанская область

Есильский район

Чириковская средняя школа

Программа прикладного курса по биологии

(естественно-математическое направление)

Питание и здоровье

Учитель: Бакеева Елена Ивановна

Составитель: Бакеева Е.И.

Питание и здоровье. Программа прикладного курса по биологии.

Представленная программа может быть использована в системе профильного обучения в старших классах. В программе дано календарно-тематическое планирование, показано содержание прикладного курса, указана соответствующая литература.

Программа, развивая содержание базисного курса, углубляет и расширяет знания учащихся по биологии, экологии, гигиене.

Особое внимание уделяется оценке продуктов питания, что помогает учащимся сформировать правильное представление о здоровом образе жизни, ориентирует на удовлетворение любознательности учащихся и повышение интереса к предмет.

Предназначена учителям биологии.

Рецензент: Волкова З.М., заместитель директора по УВР Чириковской средней школы.

Пояснительная записка

Пища должна стать лекарством, а лекарство - пищей.

Данная предметно-ориентированная программа предназначена для учащихся 10-11 класса и рассчитана на 34 часа.

По мнению многих медиков, основная причина заболеваний лежит в характере питания, а характер питания оказывает влияние на рост, физическое и психическое развитие человека, особенно в детском и подростковом возрасте.

Здоровое питание повышает устойчивость к инфекциям, а следовательно защитные функции организма от воздействия внешней среды. Правильное питание является необходимым фактором для нормального кроветворения, зрения, полового развития.

Современный школьник оказывается перед лавиной информации о способах сохранения здоровья, лечения, рекламе пищевых продуктов, поступающей с экранов телевизора, страниц газет, прилавков магазинов. Некоторые продукты можно отнести к пищевым продуктам лишь частично, но дети их очень любят, хотя они отрицательно влияют на здоровье. Ребенок, подросток не умеет правильно воспринимать и использовать эту информацию, чаше всего не понимает ее предназначение.

В связи с этим возникает необходимость создать условия для применения знаний о жизнедеятельности организма, установления гармоничных отношений с природой, формировать ответственное отношение к своему здоровью, развивать критическое мышление.

Данный курс направлен на развитие жизненных навыков, связанных со здоровым образом жизни, и способствует повышению мотивации к изучению учебного предмета «Биология».

Программа прикладного курса составлена на основе следующих нормативно-правовых документов:

• Концепция содержания общего среднего образования (1996).

• Концепция 12-летнего среднего общего образования в Республике Казахстан (2006).

• Государственный общеобразовательный стандарт среднего общего образования РК (ГОСО РК 2013).

Цели:

1. Формирование культуры здоровья на основе навыков рационального питания.

2. Совершенствование умений и навыков учащихся различать полезные и вредные продукты питания.

Курс ставит задачи:

1.Расширить знания учащихся о питательных веществах пищи, их строении, биологическом значении для организма человека.

2.Раскрыть и углубить понятия о здоровом образе жизни, здоровье, как одной из главных ценностей.

3.Сориентировать учащихся на профессии.

4. Сформировать следующие компетенции:

• учебно-познавательную, включающую в себя понимание полученной картины мира, умение эффективно планировать, организовывать свою образовательную деятельность, владеть способами анализа и рефлексии своей деятельности по освоению знаний;

• информационно-технологическую, включающую в себя умение ориентироваться, самостоятельно искать, анализировать, производить отбор, преобразовывать, сохранять и осуществлять перенос информации и знаний при помощи реальных технических объектов и информационных технологий;

• коммуникативную, включающую в себя владение способами взаимодействия и общения с людьми, умение использовать разнообразные объекты коммуникации для решения конкретных жизненных ситуаций;

• личностного саморазвития, которая предусматривает обладание способами деятельности в собственных интересах и возможностями обеспечивающими физическое, духовное и интеллектуальное саморазвитие, эмоциональную саморегуляцию и самоподдержку.

Основными формами и методами изучения курса являются семинары, защита рефератов, практикумы, дискуссии, ролевая игра; предусматриваются индивидуальные и групповые формы работы.

Предполагаемый результат обучения:

- знать химический состав клетки; значение макро- и микроэлементов клетки;

- роль ферментов, гормонов и витаминов в организме;

- обмен веществ и превращение энергии;

- распознавать безопасные продукты питания;

- применять знания о жизнедеятельности организма человека для обоснования здорового образа жизни;

- развивать навыки поисковой и исследовательской работы;

- уметь пользоваться современными источниками информации, работать с учебной и научной литературой.

Формы контроля

Текущий контроль:

• практические работы;

• самостоятельные работы;

• доклады, рефераты, сообщения;

• тестовые задания.

Итоговый контроль.

По окончании курса предусмотрено проведение конференции.

Содержание

Введение (2 час)

Проблемы здоровья и проблемы рационального питания. Здоровье и здоровый образ жизни. Анкетирование «Правильно ли вы питаетесь?»

Тема 1. Питательные вещества пищи (18/6 часов)

1. Пищевой рацион. Значение питания. Рациональное питание (1 час)

2. Макро- и микроэлементы в питании человека. Антиоксиданты (2 часа)

3.Вода, её роль. Обезвоживание организма. (2 часа)

Практическая работа №1 «Простейшие способы очистки воды из природных источников»

4. Белки, их функции в клетке и организме. Белковый обмен. Незаменимые аминокислоты. Ферменты. Их роль в клетке и условия активности. Белковое голодание. (2 часа)

Практическая работа №2. Качественные реакции на белки. Обнаружение белков в пищевых продуктах. Сравнение содержания белка в пищевых продуктах (по этикеткам) (2 часа).

5. Жиры и липиды, их роль в клетке и организме. Пищевые продукты, содержащие жиры. Холестерин. Влияние избыточного накопления жиров в организме на здоровье человека. Проблемы избыточного веса. ( 3 часа)

Практическая работа №3 «Определение качества коровьего молока» и «Определение доброкачественности свежего мяса»

6.Углеводы. Биологическая роль углеводов. ( 2 часа)

Практическая работа №4 «Обнаружение крахмала в пищевых продуктах. Качественная реакция на глюкозу»

7. Витамины. Продукты, содержащие витамины. Гипо- и авитаминозы, их предупреждение. Выпуск листовок «Азбука здоровья»(4 часа)

Практическая работа №5 « Изучение устойчивости витамина С»

Тема 2. Энергозатраты организма и нормы питания (3 часа)

Энергоемкость питательных веществ. Физиологические нормы и режим питания в зависимости от возраста, пола и физической активности.

Практическая работа №6. Определение калорийности продуктов (по этикеткам). Расчет калорийности питания(2 час).

Тема 3. Гигиена питания (10 часов)

«Что мы едим?». Экологическое качество продуктов питания. Генетически модифицированные продукты питания. Вредные вещества пищи: нитраты, микотоксины. Примеси, загрязняющие пищу. Пищевые добавки. Консерванты, ароматизаторы. Способы приготовления и хранения продуктов. Предупреждение пищевых отравлений и меры первой помощи при них.(7 часов)

Практическая работа №7. Изучение состава пищевых продуктов по этикеткам на упаковке «О чем рассказала упаковка» (1 часа).

Практическая работа №8 «Пищевые отравления, предупреждение и первая помощь» (1час)

Практическая работа №9 «Социологический опрос: изучение спроса на продукты среди учащихся школы» (1 час)

Конференция. Реклама в СМИ: здоровье и бизнес (1 часа).

тематическое планирование

№
п/п

Наименование
тем курса

Всего
часов

В том числе

Семинары

Практические
работы

Конференции (ролевые игры), анкетирование

1

Введение

2

1

1

2

Питательные вещества пищи

18

5

6

1

3

Энергозатраты организма и нормы питания

3

1

2

4

Гигиена питания

10

3

2

2

5

Итоговое занятие

1

1

итого

34

темы для рефератов, сообщений, докладов

1. Витамины и витаминные комплексы.

2. Биодобавки.

3. Химические элементы. Антиоксиданты.

4. Ароматизаторы и консерванты.

5. Здоровая диета.

6. Профилактика пищевых отравлений.

7. Пищевые добавки и лекарственные препараты.

8. Растения - источник продуктов питания человека.

9. Здоровое питание - условие долголетия.

Литература для учителя

1.Ермолаев, М. В., Ильичева, Л. П. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1989.

2. Малахов, Г. П. Разумное питание. - С-Петербург, 2003.

3. Колесов, Д. В. Здоровье и укрепляющие его факторы. - М.: Журнал «Биология в школе». № 3, 1989.

4. Потапов, А. И. Здоровый образ жизни: сплав знаний, умений и убеждений. // Биология в школе. - № 3. - 1988.

5. «Первое сентября», №15 - 2007.

6. Смолин, А. Н., Рождественская, В. А. Практические работы по органической и биологической химии. - Просвещение, 1966.

7. Цветков, Л. А. Эксперимент по органической химии (Академия педнаук). - Просвещение, 1966.

8. Яковлев, Н. А. Биологическая химия. - Изд-во Высшая школа.

литература для учащихся

1.Величковский Б.Т. Здоровье и окружающая среда (учебное пособие для учащихся 9 класса) - М., 1993..

2. Пугал Н.А. Биология 9(8) Человек (практикум по гигиене) - М., 2003.

3. Скальный, А. В., Рудаков, И. А. Биоэлемент в медицине.

4. Терлецкий, Е. Д. Металлы, которые всегда с тобой. - М.: Знания, 1986.

Анкета

Название

продуктов

Как часто вы употребляете продукты

Нес-колько раз в день

1 раз в день

2-3 раза в неде-лю

1 раз

в неде-лю

2-3 раза в ме-сяц

1 раз в ме-сяц

Реже 1 раза в ме-сяц

Не

употреб-ляю

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Мясные продукты:

Мясо свеж.

Мясо конс.

Птица

Окорочка

Колбаса:

Вареная

Копченая

Сало

Пельмени

Котлеты

Рыба свеж.

Рыба консерв.

Море-продукты

Хлеб:

Белый

Ржаной

Булочки

Выпечка дом.

Крупы:

Гречка

Манка

Пшено

Рис

Геркулес

Горох

Фасоль

Перловка

Овощи:

Помидоры огурцы

свекла

морковь капуста другие

Фрукты:

яблоки

лимоны

другие

фрукты конс.

Сладости:

Конфеты

Печенье

Торты

Пирожное

Мороженное

Шоколад

Жев.резинка

Другое

Молочные продукты:

Молоко

Кефир

Йогурт

Творог

Сырки

Сметана

Яйца

Напитки:

Газированные

Минеральная

Соки натурал.

Чай

Кофе

Какао

Пиво

Вино

Др.алкогольн.напитки

Сколько раз в день вы едите?

5-6

3-4

1-2

1

Завтракаете регулярно? (Да или нет)

Ежедневно ем первые блюда. (Да или нет)

Плотно ли вы ужинаете? (Да или нет)

Время еды до сна (вечером)

Едите ли вы ежедневно сырые овощи (свежие). (Да или нет)

Едите ли вы в промежутках между едой? Что?

Разнообразно ли ваше меню в течение дня, недели? (Да или нет)

Антиоксиданты - вещества, борющиеся в организме со свободными радикалами, которые вызывают старение клеток.

Свободные радикалы вызывают многие болезни ССС, онкологические, воспалительные процессы, склероз, катаракты, диабет, провоцируют болезни Паркинсона и Альцмейгера.

Антиоксиданты: витамины А, С, Е, элементы - селен, цинк, медь и полифенолы.

Продукты, богатые антиоксидантами.

Цинк

Медь

Селен

Полифенолы

Устрицы

Сухой горох

Утиная печень

Пивные дрожжи

Сухая фасоль

Почки

Угорь

Чечевица

Мясо

Цельнозерновой хлеб

Устрицы

Мидии

Какао-порошок

Проращенная пшеница

Белая фасоль

Фундук

Сухой горох

Овсяная каша

Грецкие орехи

мозги

Устрицы

Куриная печень

Говяжья печень

Рыба

Яйца

Грибы

Лук

Цельнозерновой хлеб

Нешлифованный рис

Чечевица

мозги

Вино

Зернышки винограда

Зеленый чай

Оливковое масло

Лук

яблоки

Химический состав человеческого организма
(расчеты приведены для массы тела 70 кг)

Химический элемент

Количество

Орган с наибольшим содержанием элемента

1

2

3

Азот

1,8 кг

весь организм в целом

Алюминий

61 мг

весь организм

Барий

22 мг

весь организм

Бериллий

0,036 мг

весь организм

Бор

0,036 мг/л

(1,1 - 3,3) · 10^-4 %

кровь

костная ткань

Бром

260 мг

весь организм

Ванадий

0,11 мг

весь организм

Висмут

0,32 · 10^-5 %

0,016 мг/л

мышечная ткань

кровь

Водород

7 кг

весь организм

Вольфрам

0,25 · 10^-7 %

0,001 мг/л

костная ткань

кровь

Галлий

0,14 · 10^-6 %

0,08 мг/л

мышечная ткань

кровь

Германий

0,14 · 10^-4 %

0,44 мг/л

мышечная ткань

кровь

Железо

4,2 г

весь организм

Золото

0,016 · 10^-4 %

костная ткань

Индий

0,015 · 10^-4 %

мышечная ткань

Йод

12-20 мг

весь организм

Иридий

2 · 10^-9 %

мышечная ткань

Кадмий

50 мл

весь организм

Калий

140 г

весь организм

Кальций

1 кг

костная ткань

Кислород

43 кг

весь организм

Кобальт

14 мг

весь организм

Кремний

17 · 10^-4 %

3,9 мг/л

костная ткань

кровь

Лантан

0,4 · 10^-7 %

мышечная ткань

Магний

19 г

весь организм

Марганец

12 мг

весь организм

Медь

72 мг

весь организм

Молибден

0,018 · 10^-4 %

0,001 мг/л

мышечная ткань

кровь

Мышьяк

18 мг

весь организм

Натрий

100 г

весь организм

Никель

1 мг

весь организм

Ниобий

0,14 · 10^-4 %

0,005 мг/л

мышечная ткань

кровь

Олово

(0,33-2,4) · 10^-4 %

мышечная ткань

Радий

31 · 10^-9 %

мышечная ткань

Ртуть

(0,02-0,7) · 10^-4 %

0,0078 мг/л

мышечная ткань

кровь

Рубидий

680 мг

весь организм

Свинец

120 мг

весь организм

Селен

14 мг

весь организм

Сера

140 г

весь организм

Серебро

(0,009-0,28) · 10^-4 %

мышечная ткань

Скандий

1 · 10^-7 %

0,008 мг/л

костная ткань

кровь

Стронций

320 мг

весь организм

Сурьма

0,0033 мг/л

кровь

Таллий

7 · 10^-6 %

0,00048 мг/л

мышечная ткань

кровь

Тантал

0,03 · 10^-4 %

костная ткань

Теллур

1,7 · 10^-6 %

0,0055 мг/л

мышечная ткань

кровь

Титан

(0,9-2,2) · 10^-4 %

0,054 мг/л

мышечная ткань

кровь

Торий

(0,2-1,2) · 10^-6 %

0,00016 мг/л

костная ткань

кровь

Углерод

16 кг

весь организм

Уран

0,09 мг

весь организм

Фосфор

780 г

весь организм

Фтор

2,6 г

весь организм

Хлор

95 г

весь организм

Хром

(0,1-33) · 10^-4 %

0,006-0,11 мг/л

костная ткань

кровь

Цезий

(0,07-1,6) · 10^-4 %

костная ткань

Цинк

2,3 г

весь организм

Цирконий

1 мг

весь организм

Работа №1 «Простейшие способы очистки воды из природных источников»

Предварительные сведения

В данной работе предлагаются простейшие способы очистки воды из природных источников ( реки, озера, пруда) в лабораторных условиях.

Количество воды, используемой в работе, минимально: 100-250 мл.

В конце работы приведена таблица, в которой указаны количества веществ для очистки воды в расчете на 1 ведро.

1 способ.

Оборудование: лабораторная посуда, фильтр, поваренная соль.

Ход работы

1.Наполните коническую колбу водой из природного источника.

2.Добавьте в нее ¼ часть чайной ложки поваренной соли.

3.Размешайте воду в колбе до растворения соли.

4.Дайте воде постоять 2-3 мин. За это время погибнут некоторые виды микробов и осядут соли тяжелых металлов. Наблюдайте появление осадка.

5.Профильтруйте раствор. Полученную воду можно использовать для приготовления пищи.

2 способ.

Оборудование: лабораторная посуда, нагреватель лаб., настойка иода.

Ход работы

1.Наполните коническую колбу водой из природного источника.

2.Добавьте в воду 1 каплю йодной настойки.

3.Размешайте воду в колбе.

4.Нагрейте воду до кипения и осторожно кипятите 5-6 мин.

Йод испарится, и вода будет пригодна для питья.

3 способ.

Оборудование: лабораторная посуда, весы учебные, таблетка гидроперита.

Ход работы

1.Наполните коническую колбу водой из природного источника.

2.Разотрите в ступке 1 таблетку гидроперита.

3. Отвесьте на весах 0,002г полученного порошка.

4.Перенесите порошок в колбу с водой и закройте её пробкой. Дайте колбе постоять 2-3 мин.

5.Откройте пробку, нагрейте воду до кипения. Наблюдайте выпадение хлопьевидного осадка коагулированных белков.

6.Отфильтруйте раствор. Фильтрат пригоден для питья.

4 способ.

Оборудование: лабораторная посуда, нагреватель, фильтры, хвоя кора.

Ход работы

1.Наполните коническую колбу водой из природного источника.

2.Отвесьте на весах 1,5 г хвои одного из хвойных деревьев (ели, сосны, пихты, туи, кедра) или молодой веточки можжевельника. Внимание! Не употреблять другие виды хвойных растений - они ядовиты.

3.Перенесите хвою в колбу с водой.

4.Нагрейте воду до кипения и осторожно кипятите 2-3 мин

5.Добавьте щепотку дубовой коры и прокипятите еще 1 мин. Наблюдайте появление бурого осадка на дне.

6.Остудите и профильтруйте раствор.

На 1 ведро воды:

Поваренная соль

Йодная настойка

гидроперит

Хвоя

5 ст.л., дать постоять 60-90 мин

1 флакон (10 мл), кипятить 40-60 мин.

4-5 таблеток. Дать постоять накрытой 20-30 мин.

100-200г. Кипятить 30-40 мин. Добавить несколько щепоток коры, еще кипятить 10-15 мин.

Работа №3 «Определение качества коровьего молока»

Оборудование: штатив с пробирками, стакан, нагревательный прибор, молоко.

Ход работы:

1.Налейте в стакан молоко и определите его свежесть по запаху.

2.Посмотрите стакан с молоком на свет. Цвет должен быть белым с кремовым или синеватым оттенком. Красноватый цвет говорит о наличии крови.

3.Взболтайте молоко и посмотрите, нет ли в нем слизистых нитей или частичек, прилипающих к стенкам сосуда.

4.Попробуйте на вкус 2-3 капли молока. Горький вкус бывает в том случае, если корову кормили полынью, чесноком, листьями свеклы.

5.Налейте ¼ пробирки молока и нагрейте его. Если происходит створаживание, то молоко несвежее.

6.Сделайте вывод о свежести молока и его пригодности к употреблению.

«Определение доброкачественности свежего мяса»

Оборудование: мясо, нож, нагревательный прибор.

Ход работы:

1.Рассмотрите кусок мяса. Обратите внимание на цвет мышечной и жировой ткани, наличие блеска и вид корочки.

2.Нажмите пальцем на мягкую ткань мяса. Быстро ли исчезает ямка, образовавшаяся при надавливании?

3.Нагрейте нож и сделайте разрез на мясе возле кости. Выньте нож и понюхайте его: нет ли гнилостного запаха.

4.Пользуясь таблицей, определите качество исследуемого продукта.

Оценка качества мяса

Качество мяса

Цвет и форма поверхности

Цвет жира

Выравнивание ямки

Запах

Хорошее

Поверхность темно-красная, блестящая, корочка коричневая.

Белый с желтым оттенком

Ямка быстро выравнивается

Гнилостный запах отсутствует

Удовлетво-рительное

Цвет слегка изменен, есть незначительное ослизнение. Корочка заветревшаяся

Слегка изменен

Ямка выравнивается медленно

Незначительный гнилостный запах.

Неудовлетво-рительное

Серый. Поверхность сильно подсохшая, на разрезе мясо темное, дряблое.

Серый.

Ямка не выравнивается

Резко гнилостный.

Опасное для употребления

Серая или зеленая поверхность.

Зеленоватый с грязным оттенком.

Ямка не выравнивается.

Затхлый.

Работа №5 «Изучение устойчивости витамина С»

Оборудование: Яблоки или яблочный сок, компот, йод, крахмальный клейстер.

Ход работы

1.Аптечный раствор йода разведите водой до цвета крепкого чая.

2.Добавьте к раствору немного крахмального клейстера до получения синей окраски.

3.Возьмите 1 мл яблочного сока или компота, по каплям прибавляйте к нему раствор йода. Наблюдайте изменение окраски в течение 1 минуты.

Если раствор не обесцветится, значит в напитке аскорбиновой кислоты мало, а возможно и вообще нет.

4.Повторите с яблоками или другими фруктами и овощами.

5.Почему полезнее есть овощи и фрукты сырыми, а не вареными?

Практическая работа №6. «Определение калорийности продуктов (по этикеткам). Расчет калорийности питания»

Направление исследования:

Изучение энергетической ценности (калорийности) продуктов:

-определение энергетической ценности продуктов по обозначениям на упаковках;

-расчёт энергетической ценности продуктов по готовым таблицам;

-определение теоретической суточной потребности человека в энергии по готовым таблицам;

-расчёт реального количества энергии, получаемой учениками в школе (по существующему школьному меню).

Методы исследования:

-анализ упаковок продуктов;

-расчёт по готовым таблицам;

-наблюдение за питанием учащихся школы.

Примечание:

Наблюдение за питанием учащихся школы имеет целью расчёт реального количества получаемой энергии. Одна группа наблюдает за тем, что едят ученики в школе на завтрак, обед и на переменах, вычисляют количество потребляемых школьниками калорий и сравнивают его с «идеальной» величиной, рассчитанной на основании информации на упаковках и в таблицах.

Результаты работы.

1.Диаграммы:

-калорийность продуктов растительного происхождения;

-калорийность продуктов животного происхождения;

2.Перечень требований к калорийности продуктов для проекта школьного меню.

Практическая работа №8 «Пищевые отравления, предупреждение и первая помощь»

Предварительные сведения

Если в ЖКТ попадают недоброкачественные продукты, ядовитые вещества, то возникают заболевания, которые называются пищевыми отравлениями. Пищевые отравления сопровождаются болезненными явлениями в области живота, тошнотой, рвотой, поносом. При тяжелых отравлениях повышается температура, больной теряет сознание, могут быть судороги.

Отравления могут быть микробного и немикробного характера (последние связаны с употреблением ядовитых грибов, растений).

Возбудителями пищевых отравлений являются многочисленные виды микроорганизмов: сальмонеллы, кишечная палочка, стафилококки, простейшие и др.

При использовании пищевых продуктов следует убедиться в их доброкачественности. Прежде всего обращают внимание на запах, цвет, плотность, вкус продукта. Не следует употреблять в пищу продукты, имеющие не свойственный им запах, цвет, горьковатый или очень кислый вкус для молочных продуктов и кондитерских изделий.

Заполнить таблицу:

Пищевые отравления

Источники

Условия отравления

Признаки отравления

Первая доврачебная помощь

Грибы

Сальмонеллы

Ботулинус

Стафилококк

Практическая работа №9 «Социологический опрос: изучение спроса на продукты среди учащихся школы»

Направление исследования:

Изучение спроса на продукты среди учащихся школы:

-изучение предпочтения тех или иных продуктов учащимися разных классов школы;

-изучение режима питания учащихся в школе и дома.

Методы исследования:

-опрос учащихся школы;

-изучение спроса на продукты среди школьников с помощью социологического опроса;

-построение графиков и диаграмм для иллюстрации.

Результаты работы.

1.Диаграмма, представляющая наиболее и наименее предпочитаемые продукты различных категорий.

2.Перечень наиболее и наименее предпочитаемых продуктов различных категорий (первые блюда, вторые блюда, десерты, напитки и т.д.).

3.Организация стола вредных и полезных продуктов.

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Пищевые продукты и питьевая вода способствуют поступлению в организм практически всех химических элементов. Они повседневно вводятся в организм и выводятся из него. Анализы показали, что количество отдельных химических элементов и их соотношение в здоровом организме различных людей примерно одинаковы.

Мнение о том, что в организме человека можно обнаружить практически все элементы периодической системы Д. И. Менделеева, становится привычным. Предположения ученых идут дальше: в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определенную биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. Однако по мере развития исследований в данном направлении выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов.

Биологическая активность отдельных химических элементов

Экспериментально установлено, что в организме человека металлы составляют около 3 % (по массе). Это очень много. Если принять массу человека за 70 кг, то на долю металлов приходится 2,1 кг. По отдельным металлам масса распределяется следующим образом: кальций (1700 г), калий (250 г), натрий (70 г), магний (42 г), железо (5 г), цинк (3 г). Остальное приходится на микроэлементы. Если концентрация элемента в организме превышает 10^-2 %, то его считают макроэлементом. Микроэлементы содержатся в организме в концентрациях 10^-3-10^-5 %. Если концентрация элемента ниже 10^-5 %, то его считают ультрамикроэлементом. Неорганические вещества в живом организме находятся в различных формах. Большинство ионов металлов образуют соединения с биологическими объектами. Уже сегодня установлено, что многие ферменты (биологические катализаторы) содержат ионы металлов. Например, марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо - в 70 (в том числе в гемоглобин крови), медь - в 30, а цинк - более чем в 100. Естественно, что недостаток этих элементов должен сказаться на содержании соответствующих ферментов, а значит, и на нормальном функционировании организма. Таким образом, соли металлов совершенно необходимы для нормального функционирования живых организмов. Это подтвердили и опыты по бессолевой диете, которая применялась для кормления подопытных животных. Для этой цели многократным промыванием водой из пищи удаляли соли. Оказалось, что питание такой пищей приводило к гибели животных.

Рассмотрим имеющуюся на сегодня информацию о химических элементах, которые входят в биологические системы или оказывают на них определенное влияние.

Прежде всего нужно указать на шесть элементов, атомы которых входят в состав белков и нуклеиновых кислот: углерод, водород, азот, кислород, фосфор, сера. Далее следует выделить двенадцать элементов, роль и значение которых для жизнедеятельности организмов известны: хлор, йод, натрий, калий, магний, кальций, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, молибден. В литературе имеются указания на проявление биологической активности ванадием, хромом, никелем и кадмием. Таким образом, уже сейчас известно 22 биоэлемента. Во всех перечисленных случаях биологическая активность понимается как необходимость элемента для выполнения той или иной жизненно важной функции.

Имеется большое число элементов, являющихся ядами для живого организма, например ртуть, таллий, свинец и др. Существует мнение, что причина действия этих ядов связана с блокированием определенных групп в молекулах протеинов или же с вытеснением из некоторых ферментов меди и цинка. И наконец, бывают элементы, которые в относительно больших количествах являются ядом, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние на организм. Например, мышьяк является сильным ядом, нарушающим сердечно-сосудистую систему и поражающим печень и почки, но в небольших дозах он прописывается врачами для улучшения аппетита человека. Ученые считают, что микродозы мышьяка повышают устойчивость организма к действию вредных микробов. Широко известно сильное отравляющее вещество иприт. Однако при разбавлении его в 20 000 тысяч раз вазелином это же вещество под названием «Псориазин» применяют против чешуйчатого лишая. Современная фармакотерапия пока еще не может обойтись без значительного числа лекарственных средств, в состав которых входят токсичные металлы. Как здесь не вспомнить поговорку «В малых количествах лечит, а в больших - калечит».

Интересно, что хлорид натрия (обыкновенная поваренная соль) в десятикратном по сравнению с нормальным содержанием в организме является ядом. Кислород, необходимый человеку для дыхания, в высокой концентрации и особенно под давлением оказывает ядовитое действие. Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме иногда имеет весьма существенное, а порой и катастрофическое значение.

Железо входит в состав гемоглобина крови, а точнее в красные пигменты крови, обратимо связывающие молекулярный кислород. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме происходит постоянный распад и синтез гемоглобина. Для восстановления железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм этого элемента около 25 мг. Недостаток железа в организме приводит к анемии. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких - заболевание, вызываемое отложением соединений железа в тканях этих органов.

Недостаток в организме меди вызывает деструкцию кровеносных сосудов. Кроме того, считают, что ее дефицит служит причиной раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение раком легких у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением содержания меди в организме. С другой стороны, избыток меди приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Для человека вредны лишь большие количества соединений меди. В малых дозах они используются в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) CuSO₄ используют при лечении конъюнктивитов в виде глазных капель (0,25 %-ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди (II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи фосфором проводят ее обильное смачивание 5 %-ным раствором сульфата меди (II).

Давно замечено бактерицидное (вызывающее гибель различных бактерий) свойство серебра и его солей. Например, в медицине раствор коллоидного серебра (колларгол) применяют для промывания гнойных ран, мочевого пузыря при хронических циститах и уретритах, а также в виде глазных капель при гнойных конъюнктивитах и бленнорее. Нитрат серебра AgNO₃ в виде карандашей применяют для прижигания бородавок, грануляций и т. п. В разбавленных растворах (0,1-0,25 %-ных) его используют как вяжущее и противомикробное средство для примочек, а также в качестве глазных капель. Ученые считают, что прижигающее действие нитрата серебра связано с его взаимодействием с белками тканей, что приводит к образованию белковых солей серебра - альбуминатов.

В настоящее время бесспорно установлено, что всем живым организмам присуще явление ионной асимметрии - неравномерное распределение ионов внутри и вне клетки. Например, внутри клеток мышечных волокон, сердца, печени, почек имеется повышенное содержание ионов калия по сравнению с внеклеточным. Концентрация ионов натрия, наоборот, выше вне клетки, чем внутри нее. Наличие градиента (разницы) концентраций калия и натрия - экспериментально установленный факт. На нем основано действие так называемого калий-натриевого клеточного насоса. Интересно, что по мере старения организма градиент концентраций ионов калия и натрия на границе клетки падает. При наступлении смерти концентрация калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравнивается.

Биологическая функция ионов лития и рубидия в здоровом организме пока не ясна. Однако имеются сведения, что введением их в организм удается лечить одну из форм маниакально-депрессивного психоза.

Биологам и медикам хорошо известно, что важную роль в организме человека играют гликозиды. Некоторые природные гликозиды (извлекаемые из растений) активно действуют на сердечную мышцу, усиливая ее сократительные функции и замедляя тем самым ритм сердечных сокращений. При попадании в организм большого количества сердечного гликозида может произойти полная остановка сердца. Ионы некоторых металлов влияют на действие гликозидов. Например, при введении в кровь ионов магния действие гликозидов на сердечную мышцу ослабляется. Ионы кальция, наоборот, усиливают действие сердечных гликозидов.

Физиологическая роль кислорода

Содержание кислорода в организме взрослого человека составляет около 62 % от общей массы тела (43 кг на 70 кг массы тела).

Главной функцией молекулярного кислорода в организме является окисление различных соединений. Вместе с водородом кислород образует воду, содержание которой в организме взрослого человека в среднем составляет 55-65 %.

Кислород входит в состав белков, нуклеиновых кислот и других жизненно необходимых компонентов организма. Кислород необходим для дыхания, окисления жиров, белков, углеводов, аминокислот, а также для многих других биохимических процессов.

Обычный путь поступления кислорода в организм лежит через легкие, где этот биоэлемент проникает в кровь, поглощается гемоглобином и образует легко диссоциирующее соединение - оксигемоглобин, а затем из крови поступает во все органы и ткани. Кислород поступает в организм также и в связанном состоянии, в виде воды. В тканях кислород расходуется преимущественно на окисление различных веществ в процессе их метаболизма. В дальнейшем почти весь кислород метаболизируется до диоксида углерода и воды и выводится из организма через легкие и почки.

Пониженное содержание кислорода в организме

При недостаточном снабжении тканей организма кислородом или нарушении его утилизации развиваются явления гипоксии (кислородного голодания).

Основные причины дефицита кислорода:

• прекращение или снижение поступления кислорода в легкие, пониженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе;

• значительное уменьшение количества эритроцитов или резкое понижение содержания в них гемоглобина;

• нарушение способности гемоглобина связывать, транспортировать или отдавать тканям кислород;

• нарушение способности тканей утилизировать кислород;

• угнетение окислительно-восстановительных процессов в тканях;

• застойные явления в сосудистом русле вследствие расстройств сердечной деятельности, кровообращения и/или дыхания;

• эндокринопатии, авитаминозы;

• острые отравления (например, вдыхание паров синильной кислоты).

Основные проявления дефицита кислорода:

• в острых случаях (при полном прекращении поступления кислорода, острых отравлениях): потеря сознания, расстройство функций высших отделов ЦНС;

• в хронических случаях: повышенная утомляемость, функциональные нарушения деятельности ЦНС, сердцебиение и одышка при незначительной физической нагрузке, снижение реактивности иммунной системы.

Токсическая доза для человека: токсичен в виде О₃.

Летальная доза для человека: нет данных.

Повышенное содержание кислорода в организме

Длительное повышение содержания кислорода в тканях организма (гипероксия) может сопровождаться кислородным отравлением; обычно гипероксии сопутствует повышение содержания кислорода в крови (гипероксемия).

Токсическое действие озона и избытка кислорода связывают с образованием в тканях большого числа радикалов, возникающих в результате разрыва химических связей. В небольшом количестве радикалы образуются и в норме, как промежуточный продукт клеточного метаболизма. При избытке радикалов инициируется процесс окисления органических веществ, в том числе перекисное окисление липидов, с их последующим распадом и образованием кислородосодержащих продуктов (кетоны, спирты, кислоты).

Сера

Для медицинских целей люди издавна использовали дезинфицирующие свойства серы, которую применяли при лечении кожных болезней, а также бактерицидное действие сернистого газа, образующегося при горении серы.

При приеме внутрь элементарная сера действует как слабительное. Порошок очищенной серы используют в качестве противоглистного средства при энтеробиозе. Соединения серы в виде сульфаниламидных препаратов (сульфидин, сульфазол, сульгин и др.) обладают противомикробной активностью. Стерильный раствор 1-2 % серы в персиковом масле применяют для пирогенной терапии при лечении сифилиса. Сера и ее неорганические соединения применяются при хронических артропатиях, при заболеваниях сердечной мышцы (кардиосклероз), при многих хронических кожных и гинекологических заболеваниях, при профессиональных отравлениях тяжелыми металлами (ртуть, свинец). Очищенную и осажденную серу применяют наружно в мазях и присыпках при кожных заболеваниях (себорея, сикоз); при лечении себореи волосистой части головы используют селена дисульфид. Тиосульфат натрия применяется как наружное средство при лечении больных чесоткой и некоторыми грибковыми заболеваниями кожи. Сера входит в состав многих других лекарственных фармпрепаратов седативного, нейролептического, противоопухолевого действия (тиопентал, тиопроперазин, тиоридазин и др.).

Физиологическая роль серы

Сера выполняет в организме незаменимые функции: обеспечивает пространственную организацию молекул белков, необходимую для их функционирования, защищает клетки, ткани и пути биохимического синтеза от окисления, а весь организм - от токсического воздействия чужеродных веществ.

Сера поступает в организм с пищевыми продуктами в составе неорганических и органических соединений. Наиболее богаты серой нежирная говядина, рыба, моллюски, яйца, сыры, молоко, капуста и фасоль. Неорганические соединения серы (соли серной и сернистой кислот) не всасываются и выделяются из организма со стулом. Органические белковые соединения подвергаются расщеплению и всасываются в кишечнике.

Содержание серы в теле взрослого человека - около 0,16 % (110 г на 70 кг массы тела). Суточная потребность здорового организма в сере составляет 4-5 г.

Сера содержится во всех тканях человеческого организма; особенно много серы в мышцах, скелете, печени, нервной ткани, крови. Также богаты серой поверхностные слои кожи, где сера входит в состав кератина и меланина.

Сера выделяется преимущественно с мочой в виде нейтральной серы и неорганических сульфатов, меньшая часть серы выводится через кожу и легкие.

В тканях сера находится в самых разнообразных формах, как неорганических (сульфат, сульфит, сульфиды, тиоцианат и др.), так и органических (тиолы, тиоэфиры, сульфоновые кислоты, тиомочевина и др.). В виде сульфат-аниона сера присутствует в жидких средах организма. Атомы серы являются составной частью молекул незаменимых аминокислот (цистин, цистеин, метионин), гормонов (инсулин, кальцитонин), витаминов (биотин, тиамин), глутатиона, таурина и других важных для организма соединений. В их составе сера участвует в окислительно-восстановительных реакциях, процессе тканевого дыхания, выработке энергии, передаче генетической информации и выполняет многие другие важные функции.

Сера является компонентом структурного белка коллагена. Хондроитин-сульфат присутствует в коже, хрящах, ногтях, связках и клапанах миокарда. Важными серосодержащими метаболитами также являются гемоглобин, гепарин, цитохромы, эстрогены, фибриноген и сульфолипиды.

Физиологическая роль фосфора

Содержание фосфора в теле взрослого человека - около 1 % (примерно 700 г на 70 кг массы тела). Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1,3 г.

В организме основное количество фосфора содержится в костях (около 85 %), много фосфора в мышцах и нервной ткани. Вместе с кальцием, фтором и хлором фосфор формирует зубную эмаль. В организме человека около 14 % фосфора содержат внутриклеточные компартменты мягких тканей и только 1 % находится во внеклеточной жидкости. Из организма фосфор выводится с мочой и калом.

Значение фосфора для организма человека огромно. Фосфор находится в биосредах в виде фосфат-иона, который входит в состав неорганических компонентов и органических биомолекул. Фосфор присутствует во всех тканях, входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеотидов, фосфолипидов. Соединения фосфора АДФ и АТФ являются универсальным источником энергии для всех живых клеток. Значительная часть энергии, образующаяся при распаде углеводов и других соединений, аккумулируется в богатых энергией органических соединениях фосфорной кислоты. Растворимые соли фосфорной кислоты формируют фосфатную буферную систему, ответственную за постоянство кислотно-щело-чного равновесия внутриклеточной жидкости. Труднорастворимые (кальциевые) соли фосфорной кислоты составляют минеральную основу костной и зубной ткани. Фосфор играет важную роль в деятельности головного мозга, сердца, мышечной ткани.

Токсическая доза для человека: фосфаты нетоксичны.

Летальная доза для человека: 60 мг Р₄.

Физиологическая роль хлора

Учитывая связь хлора и натрия, следует отметить, что поступление в организм этих элементов тесно взаимосвязано.

В организме взрослого человека содержится около 100 г хлора (0,14 % от массы тела). Ионы хлора играют важную биологическую роль. Перечислим наиболее важные:

1) ионы хлора участвуют в поддержании осмотического равновесия (хлорид-ион является основным внеклеточным анионом организма);

2) они создают благоприятную среду для действия протеолитических ферментов желудочного сока;

3) активизируют ряд ферментов.

Хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионами натрия и калия в создании определенного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена. Человек потребляет 5-10 г NaCl в сутки. Минимальная потребность человека в хлоре составляет около 800 мг в сутки. Младенец получает необходимое количество хлора с молоком матери, в котором содержится 11 ммоль/л хлора. NaCl необходим для выработки в желудке соляной кислоты, которая способствует пищеварению и уничтожению болезнетворных бактерий. В клетках аккумулируется 10-15 % всего хлора, из этого количества от 1/3 до 1/2 - в эритроцитах. Около 85 % хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор накапливается в висцеральной ткани, коже и скелетных мышцах. Всасывается хлор, в основном, в толстом кишечнике. Всасывание и экскреция хлора тесно связана с ионами натрия и бикарбонатами, в меньшей степени с минералокортикоидами и активностью Na⁺/K⁺ - АТФ-азы.

Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95 %), калом (4-8 %) и через кожу (до 2 %). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия, с НСО₃ (кислотно-щелочной баланс). Хлорные каналы представлены во многих типах клеток, митохондриальных мембранах и скелетных мышцах. Эти каналы выполняют важные функции в регуляции объема жидкости, трансэпителиальном транспорте ионов и стабилизации мембранных потенциалов, участвуют в поддержании рН клеток. В настоящее время участие хлора в возникновении отдельных заболеваний у человека изучено недостаточно хорошо, главным образом, из-за малого количества исследований. Достаточно сказать, что не разработаны даже рекомендации по норме суточного потребления хлора.

Физиологическая роль железа

В организм человека железо попадает с пищей. Пищевые продукты животного происхождения содержат железо в наиболее легко усваиваемой форме. Некоторые растительные продукты также богаты железом, однако его усвоение организмом происходит тяжелее. Считается, что организм усваивает до 35 % «животного» железа. В то же время другие источники сообщают, что этот показатель составляет менее 3 %. Большое количество железа содержится в говядине, в говяжьей печени, рыбе (тунец), тыкве, устрицах, овсяной крупе, какао, горохе, листовой зелени, пивных дрожжах, инжире и изюме.

В организме взрослого человека содержится 3-5 г железа; почти две трети этого количества входит в состав гемоглобина. Считается, что оптимальная интенсивность поступления железа составляет 10-20 мг/сутки. Дефицит железа может развиться, если поступление этого элемента в организм будет менее 1 мг/сутки. Порог токсичности железа для человека составляет 200 мг/сутки.

Важная роль железа для организма человека установлена еще в XVIII в. Основной функцией железа в организме является перенос кислорода и участие в окислительных процессах (посредством десятков железосодержащих ферментов). Железо входит в состав гемоглобина, миоглобина, цитохромов. Большая часть железа в организме содержится в эритроцитах; много железа находится в клетках мозга. Железо играет важную роль в процессах выделения энергии, в ферментативных реакциях, в обеспечении иммунных функций, в метаболизме холестерина. Насыщение клеток и тканей железом происходит с помощью белка трансферрина, который способен переносить ионы трехвалентного железа. Лигандные комплексы железа стабилизируют геном, однако в ионизированном состоянии могут являться индукторами ПОЛ, вызывать повреждение ДНК и провоцировать гибель клетки. Дефицит, так же как и избыток железа, отрицательно влияют на здоровье человека.

Токсическая доза для человека: 200 мг.

Летальная доза для человека: 7-35 г.

Индикаторы элементного статуса железа

Оценка содержания железа в организме проводится по результатам исследований крови, мочи и волос. Среднее содержание железа в плазме крови составляет 0,8-1,4 мкг/л, в моче - 10-25 мкг/л, в волосах - 10-25 мкг/г.

Содержание железа в волосах у мужчин выше, чем у женщин. У лиц, страдающих заболеваниями печени, селезенки, хроническим алкоголизмом, содержание железа в волосах повышено.

Физиологическая роль натрия

В организм человека натрий поступает в виде NaCl (поваренной соли) в достаточно больших количествах: 4-6 г ионов натрия ежедневно. NaCl содержится в таких продуктах, как колбаса, сало, соленая рыба, икра, сыр, соленья, маслины, кетчуп, кукурузные хлопья.

Ионы натрия быстро и полностью всасываются на всех участках желудочно-кишечного тракта и в местах парентеральных инъекций. Ионы натрия легко проникают также через кожу и легочный эпителий. Натрий в виде катиона Na⁺ участвует в поддержании гомеостаза (ионное равновесие, осмотическое давление в жидкостях организма). Натрий распределяется по всему организму: крови, мышцам, костям, внутренним органам и коже. Около 40 % натрия находится в костной ткани, в основном, во внеклеточной жидкости. Содержание натрия в теле взрослого человека составляет 0,08 % (55-60 г на 70 кг массы тела), а суточное потребление 4-7 г.

Выводится натрий из организма, в основном, с мочой (95 %), калом, потом. Максимальная экскреция натрия с мочой отмечается с 9 до 12 часов дня, тогда как минимальная - в ночные часы.

Натрий играет весьма важную роль в регуляции осмотического давления и водного обмена, при нарушении которых отмечаются следующие признаки: жажда, сухость слизистых оболочек, отечность кожи. Натрий оказывает значительное влияние и на белковый обмен. Обмен натрия находится под контролем щитовидной железы. При гипофункции щитовидной железы происходит задержка натрия в тканях. При гиперфункции количество натрия в коже уменьшается, а выделение его из организма усиливается. Обмен натрия регулируется в основном альдостероном.

В организме человека натрий выполняет «внеклеточные» функции, среди которых:

• поддержание осмотического давления и рН среды;

• формирование потенциала действия путем обмена с ионами калия;

• транспорт углекислого газа;

• гидратация белков;

• солюбилизация органических кислот.

Внутри клеток натрий необходим для поддержания нейро-мышечной возбудимости и работы Na⁺-K⁺ насоса, обеспечивающих регуляцию клеточного обмена различных метаболитов. От натрия зависит транспорт аминокислот, сахаров, различных неорганических и органических анионов через мембраны клеток.

Токсическая доза для человека: нетоксичен.

Летальная доза для человека: нет данных.

Задания для проверки уровня знаний учащихся

Задания со свободным ответом.

1. Какие функции в клетке выполняют белки? Углеводы? Жиры?

2. Растения, животные, человек не могут жить без воды. Объясните, почему вода - источник жизни.

3. Покажите на примерах специфичность действий пищевых ферментов.

4. Назовите возможные причины пищевого отравления.

Тест

1. Какие химические элементы клетки являются органогенами:

а) О; б) Н; в) Fe; г) К; д) С; е) S; ж) Cl; з) N; и) Р; к) Na?

2. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, являются макроэлементами:

а) К; б) Na; в) Са; г) Mg; д) S; е) Fe; ж) Cl; з) N; и) Р; к) О?

3. Какие химические элементы, содержащиеся в клетке, являются микроэлементами:

а) Ag; б) Cu; в) Н; г) Ni; д) Br; е) Cl; ж) MG; з) Zn; и) I; к) О?

Задания со свободным ответом.

1. Какой рацион питания вы могли бы предложить человеку, страдающему от недостатка в организме йода? железа? Почему необходимы эти элементы? Для ответа используйте информацию из газет, журналов, ТВ.

2. Назовите источники информации, из которых вы можете узнать о минеральных веществах и их роли в организме. С какой целью дается эта информация?

3. Что такое авитаминоз и как он проявляется? Предложите способы его профилактики.

4. Какие известные вам поливитаминные комплексы содержат микроэлементы? Из каких источников вы получили эту информацию?

5. В состав каких известных вам пищевых продуктов входят глюкоза? Фруктоза? Лактоза?

6. Из каких источников информации вы можете получить сведения о содержании углеводов в продуктах питания?

7. Обязательно ли включать в пищевой рацион белковую пищу, если главным источником служат жиры?

8. Почему с больной печенью нельзя употреблять жирную пищу?

9. Объясните: «Есть, чтобы жить, а не жить, чтобы есть».

10. Покажите на примерах, как биотехнологические исследования решают проблемы питания.

11. Мы покупаем продукты, рассматривая рекламу, упаковку. Иногда после того, как съешь продукт, появляется сыпь, болит желудок. Выберите из предложенных знаков обозначения добавок, вызывающих аллергию, заболевания желудочно-кишечного тракта, печени и почек.

Задание 1. Составьте характеристику здорового образа жизни, используя следующий перечень показателей:

1) правильное рациональное, сбалансированное питание;

2) гиподинамия;

3) закаливание;

4) избыток пищи;

5) исключение вредных привычек;

6) курение;

7) употребление алкоголя;

8) достаточная физическая нагрузка;

9) творческое самосовершенствование;

10) недоброжелательное отношение к окружающим.

Приложение 2 Работы учащихся