Биологическая роль и применение в медицине

Ванадий. В организме взрослого человека содержится 110—125 мкг ванадия (в основном в зубах и костной ткани), поэтому можно сказать, что он является ультрамикроэлементом. Ванадий относится к биологически значимой группе переходных элементов. Он легко меняет степень окисления и может существовать как в анионной, так и в катионной формах. В физиологических условиях пятивалентный ванадий существует преимущест;

_ о_ о_.

венно в виде метаванадата (VO), и возможно, ортованадата (VO^), в то время как четырехвалентный ванадий в основном присутствует в форме ванадила (V0²⁺). В плазме крови концентрация ванадия составляет около 20 нМ и основной его формой является метаванадат, который проникает в клетку с помощью анион-транспортирующих систем и там восстанавливается глутатионом до ванадила.

Биологическая роль ванадия недостаточно изучена. Полагают, что ванадий участвует в регуляции углеводного обмена и сердечно-сосудистой деятельности, а также в метаболизме тканей костей и зубов. В биологических системах наиболее важными формами ванадия являются тетраи пептавалентные состояния, которые легко образуют комплексы с другими веществами, такими как трансферрин или гемоглобин, таким образом стабилизируя их против окисления. Есть предположения, что ванадию свойственны функции катализатора окислительно-восстановительных процессов. Ванадий является ингибитором и, возможно, регулятором Ыа⁺/К⁺-АТФазы, рибонуклеазы, аденилатциклазы и протеипкипазы и других ферментов. Ванадий усиливает поглощение кислорода тканями печени, катализирует окисление фосфолипидов изолированными ферментами печени, и возможно, оказывает влияние на уровень сахара в крови. Ванадий также влияет на некоторые функции глаз, печени, почек, сердца, нервной системы.

Соединения ванадия являются ядовитыми. Отравление веществом возможно после вдыхания ванадиевой пыли. При вдыхании возможно раздражение верхних дыхательных путей, головокружение, легочное кровотечение, нарушение деятельности почек, сердца и других внутренних органов.

В прошлом при лечении туберкулеза, анемии и сифилиса применялись некоторые фармацевтические препараты, в составе которых в малых долях присутствовали разные соединения ванадия. В настоящее время ванадиевые соли применяются в качестве инсектицидов, фунгицидов и дезинфицирующих средств.

Установлено, что ряд неорганических соединений, а именно соли ванадия, селена, молибдена и вольфрама, имитируют эффекты инсулина. Среди них наиболее изучена биологическая роль ванадия. Применение ванадийсодержащих соединений больными диабетом I типа позволяет снизить дозу вводимого инсулина. Поиск новых соединений ванадия, обладающих высокой гипогликемической активностью и низкой токсичностью, интенсивно ведется в Канаде, США и Японии.

Соединения ванадия, помимо гипогликемического действия, обладают также антигипертензивной и антихолестеринемической активностью. Кроме того, ванадийсодержащие соединения проявляют противоопухолевое действие.

Ниобий относится к микроэлементам. Он обнаружен в крови, костях, мышцах и печени человека. Подсчитано, что в среднем в организме взрослого человека весом 70 кг содержится до 1,5 мг ниобия.

Биологическая роль данного элемента изучена недостаточно. Однако известна его коррозионная стойкость. В хирургии используются ниобиевые нити для сшивания порванных сухожилий, кровеносных сосудов и даже нервных волокон. В отличие от других медицинских легированных сталей и имплантационных сплавов ниобий представляет собою чистый химический элемент, который не разделяется на отдельные компоненты, т. е. при контакте с тканями он не выделяет отдельные компоненты и поэтому не вызывает иммунологических реакций. Соединения ниобия ядовиты.

Тантал обладает хорошей биологической совместимостью с тканями, не вызывает раздражения и реакции отторжения. Благодаря таким свойствам тантал нашел широкое применение в медицине, главным образом в восстановительной. Тонкие пластины из тантала применяют при пластических операциях на черепе, ими закрывают посттравматические дефекты. В хирургии также используют танталовые нити, пластинки и скрепки для ушивания мышечной ткани, сухожилий, нервных волокон, кровеносных сосудов. Пентаоксид тантала Та₂0₅ ^в смеси с небольшим количеством триоксида железа обладает гемостатическим действием.

В настоящее время получило развитие еще одно направление — применение электретных пленок пентаоксида тантала. Покрытие имплантантов Та₂0₅ исключает возникновение воспалительных процессов, сокращает сроки приживления. Их используют в челюстно-лицевой хирургии, ортопедической стоматологии, хирургии при лечении дефектов кожных покровов и соединительной ткани, при длительно незаживающих раневых процессах, пролежнях, нейротрофических язвах, термических поражениях, травматологии и ортопедии для ускорения процессов оссификации, при лечении переломов и болезней опорно-двигательной системы человека под действием статического поля, создаваемого пленкой электретного покрытия.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Напишите реакции ванадия с фтором, хлором, бромом и серой.
• 2. С помощью какого реагента можно различить растворы ортои метаванадата натрия? Ответ подтвердите соответствующими реакциями.
• 3. Какие ионы присутствуют в водных растворах солей ванадия (IV), что является причиной их возникновения?
• 4. При взаимодействии раствора ортованадата натрия с твердым хлоридом аммония получают метавападат аммония. Напишите уравнение соответствующей реакции.
• 5. На каких свойствах ниобия и тантала основано их широкое применение в медицине?