Выведение химических элементов из организма

Основная масса химических элементов поступает в организм с пищей, причем содержание химических элементов в пище в различных регионах земного шара различна [Hamilton, 1982], но может нивелироваться тем, что в развитых странах населе­ние включает в свои рационы продукты питания, произведенные в других биогеохимических районах [Книжников, 1981]. Выведение же химических элементов в основном по массе своей, за исключением газообразных веществ, происходит с мочой и калом [МКРЗ, 1961; Человек…, 1977]. В суточном балансе поступление химических элементов в орга­низм равно его выведению. Наилучшей величиной суммарного выведения хими­ческих элементов из организма является период биологического полувыведения – Т_б. Биологический период полувыведения (Т₆) – это время, необходимое для уда­ления половины химического элемента или радиоактивного изотопа из организма в результате биологических процессов. При этом принимается, что между ста­бильным элементом в пище и воде и стабильным элементом в критическом органе тела существует равновесие, поэтому число граммов, удаленных за день, должно быть равно числу граммов, отложившихся в организме за день [МКРЗ, 1961]. Для выясне­ния роли ядерно-орбитальных свойств химических элементов в удалении их из организма использованы данные по периоду биологического полувыведения хи­мических элементов из организма, приведенные в МКРЗ (Международная комис­сия по радиационной защите) [МКРЗ, 1961], которые собственно принципиально не отли­чаются от аналогичных данных, представленных в других источниках [Москалев, 1985].

Данные по периоду биологического полувыведения (Т₆) представлены на рисунке 1 в днях, в десятичных логарифмах. Химические элементы s-блока IA подгруппы быстро покидают организм, их Т₆ равен 2-70 дней, причем внутри подгруппы Т₆ имеет тенденцию к увеличению с увеличением атомного но­мера в подгруппе сверху вниз: Li < Na < К > Rb < Cs. Т_б химических элементов ПА подгруппы значительно больше, чем представителей IА подгруппы и равен от 65-180 дней для Ва и Ве и до 8,1·10 ³-1,64·10⁴ дней для Са, Sr, Ra. В общем выведение химических элементов из организма можно ориентировочно представить в виде ряда:

s-блок IA < IIА ≤ d-блок IIIБ ≤ f-блок ≥ d-блок IVБ ≥ VБ

VIБ > VIIБ < VIIIБ < IБ < IIБ

На рисунке 1 представлен период биологического полувыведения химиче­ских элементов из организма по атомному номеру с учетом главного n (периоды 1, 2, 3, 4, 5, 6) и орбитального l (s-, d-, f-блоки химических элементов) квантовых чисел. На оси абсцисс Z – атомный номер, на оси ординат Т_б в днях, выраженный в десятичных логарифмах. Как видно из рисунка 1, на кривой, отображающей пе­риод биологического полувыведения химических элементов из организма, имеют­ся пики минимумов и максимумов, которые приходятся на одни и те же подгруп­пы или семейства химических элементов.

Рисунок 1. Периодическая система выведения химических элементов (s-, d-, f-семейств) из организма

lg Т_б = 2,2805 - 0,1002·x , г = 0,44 (умеренная корреляция) [Сепетлиев, 1968].

где Ig Т_б – логарифм величины биологического периода полувыведения химических элементов d-семейства 4-6 периодов, х – прирост d-электронов по подгруппам (1, 2, 3. ... до 10).

Более точно показатели периода биологического полувыведения химических элементов d-блока можно описать следующими уравнениями, предварительно разделив химические элементы на две большие группы: IIIБ-VIБ и VIIБ-IIБ:

lg Т_б (IIIБ-VIБ подгруппы) = 3,5110 - 0,5176·х , г = 0,91

(очень сильная корреляция) [Сепетлиев, 1968],

lg Т_б (VIIБ-IIБ подгруппы) = 0,2922 - 0,2262·х , г = 0,91

(очень сильная корреляция) [Сепетлиев, 1968],

где lg Т_б (IIIБ-VIБ подгруппы) логарифм величины периода биологического полувыведения химических элементов из организма IIIБ-VIБ подгрупп, lg T_б (VIIБ-IIБ подгруппы) логарифм величины периода биологического полувыведения химических элементов из организма VIIБ-IIБ подгрупп, х – число d-элек­тронов на подуровне от 1 до 10.

Величина периода биологического полувыведения d-элементов интенсивно уменьшается с увеличением атомного номера по периодам слева направо для подгрупп IIIБ-VIБ, а затем не менее интенсивно начинает возрастать от химических элементов VIIБ подгруппы ко IIБ. Выведение химических элементов d-блока 4 периода из организма происходит отлично от выведения из организма химиче­ских элементов d-блока 5-6 периодов. Химические элементы d-блока 4 периода, имеющие четный атомный номер, выводятся из организма ~ в 20 раз (!) медленнее, чем химические элементы этого же периода, имеющие нечетный атомный номер. Вы­ведение химических элементов d-блока 5 периода из организма в зависимости от атомного номера сходно с выведением химических элементов d-блока 6 периода (рисунок 1).

Выведение химических элементов d-блока 4-6 периодов внутри отдель­ных подгрупп или увеличивается с увеличением атомного номера внутри подгрупп: титан < цирконий < гафнии; кобальт < родий < иридий. Или уменьшается с увеличением атомного номера: хром > молибден > вольфрам; железо > рутений > осмий; цинк > кадмий > ртуть. Или увеличивается от представителей 4 и 6 периода к представителям химических элементов d-блока 5 периода: скандий < иттрий > лантан; ванадий < ниобий тантал. Или уменьшается от представителей 4 и 6 пе­риодов химических элементов d-блока к представителям 5 периода – марганец технеции < рений; никель > палладий < платина; медь > серебро < золото. Показатели периода биологического полувыведения химических эле­ментов d-семейства внутри отельных подгрупп определяются различиями в поведении четных и нечетных химических элементов 4 периода, а также измене­ниями величины периода биологического полувыведения химических элементов 4 периода, отличными от характера выведения химических элементов d-блока 5-6 периодов.

Выведение химических элементов f-блока также закономерно. Период биологического полувыведения лантаноидов равен 550-750 дням, актиноидов – 2·10⁴- 6,5·10⁴ дней, за исключением периода биологического полувыведения U, который равен 100 дням.

Итак, суммарная скорость выведения химических элементов (s-, d-, f-семейств) из организма, через желудочно-кишечный тракт, почки, легкие..., изображенная графически (за исключением d-элементов 4 периода…), имеет периодический характер, определяемый периодическим характером формирования электронных орбит химических элементов.

Д. И. Менделеев создал периодическую систему атомов, С. А. Щукарев построил периодическую систему оксидов, послужившую в дальнейшем основой для построения периодических систем простых веществ и соединений [Корабельникова, Королев, 2005, с. 4]. В настоящее время формулировка периодического закона основана на этих открытиях.

1. 
   Авцын А. П. Микроэлементозы человека / А. П. Авцын, А. А. Жаворонков, М. А. Риш, Л. С. Строчкова. – М.: медицина, 1991. – 496 с.
   
2. 
   Книжников В. А. Микроэлементы / В. А. Книжников, А. А. Муравьев, Н. А. Тюрин // БСЭ. – 3^е изд. – 1981. – Т. 15. – С. 674-685.
   
3. 
   МКРЗ. Публикация 2, 1961. – 260 с.
   
4. 
   Москалев Ю. И. Минеральный обмен / Ю. И. Москалев. – 1985. – 288 с.
   
5. 
   Сепетлиев Д. Статистические методы в научных исследованиях / Д. Сепетлиев. – М.: Медицина, 1968. – 419 с.
   
6. 
   Человек. Медико-биологические данные. – М.: медицина, 1977. – 496 с.
   
7. 
   Hamilton E. I. An overview: the chemical elements, nutrition, disease and the health of man. Research needed on mineral content of human tissues / E. I. Hamilton // Fed. Proc. – 1982. – vol. 40. № 8. – P. 2126-2130.
   

Резюме

Is found, that the size of deducing of chemical elements from body can be presented graphically as a periodic curve, which periodicity is defined by periodic character of formation of electronic orbits of chemical elements.