2
Проблема дефицита калия в природе
Костиков И.М.
ФГБОУ ВО «Курганский государственный университет»
Курган, Россия
Оглавление
Введение
Глава 1. Биологическая роль калия
1.1 Для человека
1.2 Для растений
Глава 2. Теоретическое обоснование темы исследования
2.1 Круговорот веществ в природе
2.2 Круговорот калия
Глава 3. Применение калия в промышленности
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
Введение
Актуальность исследования. Калий для организма имеет очень большое значение. От него зависит состояние мягких тканей и работа многих систем, среди которых - нервная, выделительная, костная, мышечная. 98% калия размещено в клетках тканей, а оставшиеся 2% - в межклеточном пространстве. Его недостаток или переизбыток может привести к серьёзным проблемам. Это же касается и растений, должный уровень содержания калия, позволяет обеспечивать благоприятный вегетативный период.
Противоречие состоит в том, что значение калия и его роль хорошо изучены, однако проблема дефицита калия в природе в результате использования в техногенезе не достаточно освещена.
Проблема - каково влияние недостаточного содержания калия на природные системы?
ОБЪЕКТ: Круговорот Калия в природных и антропогенных условиях.
Предметом исследования является проблема дефицита калия в природе в результате использования в техногенезе.
ЦЕЛЬ: дать характеристику проблематике недостаточного содержания калия в природных системах.
ЗАДАЧИ: (поменяны местами, то же сделать в содержании и тексте работы)
1. Охарактеризовать биологическую роль калия.
2. Разработать теоретическое обоснование проблемы исследования.
3. Обосновать роль калия в техногенезе
4. Разработать модели круговорота калия
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
1. литературный,
2. описательный,
3. аналитический
4. статистический
5. исторический
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ: в ходе написания работы были использованы источники информации из сети интернет, а также некоторой справочной литературы, полный список источников представлен в «Списке источников»
Глава 1. Биологическая роль калия
1.1 Для человека
Калий один из важнейших электролитов в организме. Калий, как и натрий, имеет большое значение в образовании буферных систем, предотвращающих сдвиги реакции среды и обеспечивающих их постоянство. Калий вместе с натрием регулирует содержание воды внутри клеток. Обеспечивает поддержание электрического потенциала в нервах и на поверхности клеточных мембран, чем регулируется сокращение мышц. Калий включается в механизм накопления гликогена - основного источника энергии в клетке. Калий активирует работу ряда ферментов. [8]
Нарушения калий-натриевого баланса приводит к нарушению водного обмена, обезвоживанию, ослаблению мускулатуры.
Считается, что калий обладает защитным действием против нежелательного действия избытка натрия и нормализует давление крови. По этой причине в некоторых странах предложено выпускать поваренную соль с добавлением хлорида калия. Однако и избыток калия по отношению к натрию может вызвать нарушение работы сердечно-сосудистой системы. [7]
Главной биологической функцией калия является формирование трансмембранного потенциала и распространение изменения потенциала по клеточной мембране путем обмена с ионами натрия по градиенту концентраций. Вместе с натрием и хлором, калий является постоянным составным элементом всех клеток и тканей. В организме эти элементы содержатся в определенном соотношении и обеспечивают постоянство внутренней среды. В виде катиона К+ калий участвует в поддержании гомеостаза (ионное равновесие, осмотическое давление в жидкостях организма). Хлориды калия и натрия, будучи сильными электролитами, участвуют в генерации и проведении электрических импульсов в нервной и мышечной ткани. Таким образом калий участвует в поддержании электрической активности мозга, функционировании нервной ткани, сокращении скелетных и сердечных мышц. Калий регулирует активность таких важнейших ферментов, как К+-АТФ-аза, ацетилкиназа, пируватфосфокиназа. [8]
Терапевтическое значение калия связано с его раздражающим действием на слизистые оболочки и повышением тонуса гладких мышц (кишечник, матка), в силу чего его соединения используются в качестве слабительных средств. Калий вызывает расширение сосудов внутренних органов и сужение периферических сосудов, что способствует усилению мочеотделения. Калий замедляет ритм сердечных сокращений и, действуя аналогично блуждающему нерву, участвует в регулировании деятельности сердца.
Основные функции калия в организме:
? Поддержание постоянства состава клеточной и межклеточной жидкости.
? Поддержание кислотно-щелочного равновесия.
? Обеспечение межклеточных контактов.
? Обеспечение биоэлектрической активности клеток.
? Поддержание нервно-мышечной возбудимости и проводимости.
? Участие в нервной регуляции сердечных сокращений.
? Поддержание водно-солевого баланса, осмотического давления.
? Роль катализатора при обмене углеводов и белков.
? Поддержание нормального уровня кровяного давления.
? Участие в обеспечении выделительной функции почек.
В организм соединения калия поступают с пищей. Биоусвояемость калия организмом составляет 90-95%.
Соли калия легко всасываются и быстро выводятся из организма с мочой, потом и через желудочно-кишечный тракт.
Калий является основным внутриклеточным катионом. Его концентрация в клетках в 30 раз выше, чем вне клеток. В организме взрослого человека содержится 160-180 г калия (около 0,23% от общей массы тела).
Суточная потребность в калии составляет 2 г.
В США рекомендуемая минимальная величина суточного потребления калия установлена в размере не менее 2000 мг для лиц 18-летнего возраста. Для людей старшего возраста к этой величине прибавляют количество лет отдельного индивидуума (напр., для людей в возрасте 50 лет этот показатель равен 2000 + 50 = 2050 мг).
Рекомендуемое ежедневное поступление для спортсменов и людей, занятых тяжелым трудом - 2,5-5 г.
При смешанном пищевом рационе потребность в калии удовлетворяется полностью, однако имеются существенные сезонные колебания: невысокое потребление весной (около 2 г в сутки), максимальное - осенью (5-6 г в сутки). Содержание калия в пище жителей разных стран колеблется от 1800 до 5600 мг. Считается, что взрослый человек потребляет в день 2200-3000 мг калия.
Калий в основном содержится в растительных продуктах. Много калия содержат картофель (429 мг/100 г), хлеб (240 мг/100 г.), арбуз, дыня. Значительным содержанием калия отличаются бобовые: соя (1796 мг/100 г), фасоль (1061 мг/100 г), горох (900 мг/100 г). Много калия содержат крупы: овсяная, пшено и др. Существенным источником калия являются овощи: капуста (148 мг/100 г), морковь (129 мг/100 г), свекла (155 мг/100 г), а также продукты животного происхождения; молоко (127 мг/100 г), говядина (241 мг/100 г), рыба (162 мг/100 г). Также достаточно много калия в яблоках, винограде, цитрусовых, киви, бананах, авокадо, сухофруктах, чае.
Необходимо помнить о том, что пища, богатая калием (орехи, бананы, картофель, морковь, абрикосы), вызывает повышенное выведение натрия, и наоборот. При преимущественном потреблении продуктов животного происхождения человек получает сбалансированное количество натрия и калия. При питании растительной пищей, богатой калием, необходимо дополнительное введение натрия. [8]
Дефицит калия в организме представляет собой проблему, поскольку недостаток этого элемента влияет на нормальный ритм сердечных сокращений и провоцирует сердечные приступы. Одним из первых симптомов недостаточного потребления калия является мышечная слабость. Возможны и другие симптомы: спазмы, поверхностное дыхание, утомление, тошнота, рвота, спутанность сознания, учащенное мочеиспускание.
Пониженное содержание калия в организме увеличивает риск нарушений проводимости и обменных процессов в миокарде, сопровождается нарушениями регуляции артериального давления. Дефицит калия способствует развитию эрозивных процессов слизистых оболочек (язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, эрозивный гастрит, эрозия шейки матки). Возрастает риск прерывания беременности, развития бесплодия. Больных нередко беспокоит сухость кожи, тусклость и слабость волос, плохое заживление кожных повреждений. [8]
Развитию гипокалиемии способствуют отрицательный азотистый баланс, алкалоз, гипомагниемия.
Основные причины дефицита калия:
* Недостаточное поступление в организм.
* Нарушение регуляции обмена калия.
* Функциональные расстройства выделительных систем (почки, кожа, кишечник, легкие).
* Усиленное выведение калия из организма под действием гормональных препаратов, мочегонных и слабительных средств.
* Психические и нервные перегрузки, чрезмерные или хронически действующие стрессорные факторы.
* Избыточное поступление в организм натрия, таллия, рубидия и цезия.
Основные проявления дефицита калия:
* Психическое истощение, чувство усталости, безразличие к окружающему, депрессия, снижение работоспособности.
* Мышечная слабость.
* Ослабление защиты организма от токсических воздействий.
* Истощение надпочечников, снижение адаптационных возможностей организма.
* Обменные и функциональные нарушения в миокарде, изменение ритма сердечных сокращений, появление сердечных приступов, сердечная недостаточность.
* Отклонения величины артериального давления от нормального уровня.
* Сухость кожи, ломкость волос.
* Нарушение функций легких, учащенное и поверхностное дыхание.
* Тошнота, рвота, атония кишечника.
* Эрозивный гастрит, язвенная болезнь.
* Нарушение функции почек, учащенное мочеиспускание.
* Невынашиваемость беременности, эрозия шейки матки, бесплодие.
Увеличение уровня калия в организме может быть следствием случайных отравлений соединениями калия. Токсичность солей калия определяется, как правило, токсичностью их анионов, таких как арсенит, хромат, фторид.
Точные данные о токсичности KCl для человека отсутствуют. Механизм токсического действия КCl в местах введения обусловлен в первую очередь высоким осмотическим давлением. В результате имеет место интенсивное поступление воды из окружающих тканей, приводящее к их обезвоживанию и нарушению физиологических функций клеток.
Избыточное поступление ионов К+ вызывает перегрузку соответствующих систем гомеостаза и нарушение метаболических процессов. В эпителии желудочно-кишечного тракта и почечных канальцев развивается воспаление, нередко приводящее к некрозу ткани. [8]
Постоянный избыток калия и натрия вызывает некоторое повышение уровня инсулина в крови. Отмечаются и другие гормональные сдвиги.
Люди с избытком калия обычно легко возбудимы, впечатлительны, гиперактивны, страдают от повышенной потливости, учащенных мочеиспусканий.
Накопление калия в крови, гиперкалиемия (при концентрации свыше 0,06%) приводит к тяжелым отравлениям, сопровождающимся параличом скелетных мышц; при концентрации калия в крови, превышающей 0,1%, наступает смерть. Длительное постоянное употребление калийных лечебных препаратов может вызывать ослабление сократительной деятельности сердечной мышцы, поэтому в таких случаях в место калийных назначают натриевые препараты. Развитию гиперкалиемии способствует ацидоз.
Основные причины избытка калия:
* Избыточное поступление (в т.ч., длительный и избыточный прием препаратов калия, потребление "горьких" минеральных вод, постоянная картофельная диета и пр.).
* Нарушение регуляции обмена калия.
* Перераспределение калия между тканями организма.
* Массированный выход калия из клеток (цитолиз, гемолиз, синдром раздавливания тканей).
* Дисфункция симпатоадреналовой системы.
* Инсулин-дефицитные состояния.
* Нарушение функции почек, почечная недостаточность.
Основные проявления избытка калия:
* Повышенная возбудимость, раздражительность, беспокойство, потливость.
* Слабость и парезы мышц, дегенеративные нервно-мышечные расстройства.
* Нейроциркуляторная дистония.
* Аритмии, ослабление сократительной способности мышцы сердца.
* Параличи скелетных мышц.
* Кишечные колики.
* Учащенное мочеиспускание.
* Склонность к развитию сахарного диабета.
При дефиците калия в организме могут быть полезными следующие рекомендации:
* Ограничение психических и нервных перегрузок, организация правильного режима труда и отдыха.
* Нормализация регуляции обмена калия.
* Ограничение приема лекарственных препаратов.
* Ограничение избыточного потребления поваренной соли (полный отказ недопустим!).
* Ограничение (исключение) потребления ненатуральных напитков (таких как фанта, кока-кола, пепси, лимонады и пр.).
* Увеличение потребления продуктов с повышенным содержанием калия: молоко и молочные продукты, картофель, томаты, петрушка, бобы, абрикосы, чернослив, курага, бананы, изюм, какао, черный чай.