Содержание и распространенность химических элементов в организме человека
Содержание химических элементов в организме человека. Состав человеческого тела.
Содержание и распространенность химических элементов в организме человека. Состав человеческого тела:
Все химические элементы организма делятся на две группы: макро- и микроэлементы.
К макроэлементам относятся элементы с концентрацией в организме более 0,001 %: кислород , углерод , водород , железо , калий , кальций , магний , натрий , азот , сера , фосфор , хлор . Углерод, водород, кислород и азот – это четыре элемента, которые иногда называют «китами химии», «элементами жизни». Из атомов этих 12 элементов построены не только живые белки, но и вся природа вокруг нас.
К микроэлементам относят элементы , доля которых в организме составляет от 0,001 до 0,000001 %. Это цинк, йод, кобальт, хром, медь и др.
Если концентрация элементов в организме еще меньше, то их относят к группе следовых (т.е. в организме обнаружены его следы). Это селен, бор, серебро, золото и др.
Ниже в таблице приводится содержание и распространенность химических элементов в организме человека (состав человеческого тела).
Распространённость химических элементов – это мера того, как распространены или редки химические элементы по сравнению с другими химическими элементами в определенной среде.
Химический состав человека
Химический состав человека довольно внушителен в него входят более чем 60 элементов периодической таблицы Менделеева. Например, человеческое тело массой 70 килограмм содержит 6,7×1027 атомов различных химических элементов.
Существует несколько классификаций химического состава человека. Например, человеческое тело можно рассматривать как совокупность воды, белков, жиров, минералов (к сведению гидроксиапатит представляет собой основную минеральную составляющую человеческих костей), углеводов и ДНК. Можно, например, анализировать состав человеческого тела по типу тканей: вода, жир, соединительная ткань, мышечная ткань, костная ткань и т.д. Иногда состав тела рассматривают как совокупность разных клеток, которых насчитывается более сотни типов.
Почти 99% массы человеческого тела состоит всего из 6 химических элементов: кислород, углерод, водород, азот, кальций и фосфор. Только около 0,85% тела человека состоит из 5 других элементов: калий, сера, натрий, хлор и магний.
Химический состав человека
Все базовые 11 химических элементов жизненно необходимы для любого человека, при этом еще почти полтора десятка микроэлементов также считаются необходимыми для жизни, несмотря на то, что масса всех этих микроэлементов менее 10 граммов в любом взрослом человеческом теле.
Обратите внимание, что на инфографике выше представлены лишь 11 основных элементов, входящих в химический состав человеческого тела, всего таких элементов более 60-ти. А вот таблица с атомами различных химических элементов, входящих в состав тела.
| Элемент | Процент массы | Масса (кг) | Символ |
|---|---|---|---|
| Кислород | 65 | 43 | O |
| Углерод | 18 | 16 | C |
| Водород | 10 | 7 | H |
| Азот | 3 | 1.8 | N |
| Кальций | 1.5 | 1.0 | Ca |
| Фосфор | 1 | 0.780 | P |
| Калий | 0.25 | 0.140 | K |
| Сера | 0.25 | 0.140 | S |
| Натрий | 0.15 | 0.100 | Na |
| Хлор | 0.15 | 0.095 | Cl |
| Магний | 0.05 | 0.019 | Mg |
| Железо | 0.006 | 0.0042 | Fe |
| Фтор | 0.0037 | 0.0026 | F |
| Цинк | 0.0032 | 0.0023 | Zn |
| Кремний | 0.002 | 0.0010 | Si |
| Рубидий | 0.00046 | 0.00068 | Rb |
| Стронций | 0.00046 | 0.00032 | Sr |
| Бром | 0.00029 | 0.00026 | Br |
| Свинец | 0.00017 | 0.00012 | Pb |
| Медь | 0.0001 | 0.000072 | Cu |
| Алюминий | 0.000087 | 0.000060 | Al |
| Кадмий | 0.000072 | 0.000050 | Cd |
| Церий | 0.000040 | Ce | |
| Барий | 0.000031 | 0.000022 | Ba |
| Олово | 0.000024 | 0.000020 | Sn |
| Йод | 0.000016 | 0.000020 | I |
| Титан | 0.000013 | 0.000020 | Ti |
| Бор | 0.000069 | 0.000018 | B |
| Селен | 0.000019 | 0.000015 | Se |
| Никель | 0.000014 | 0.000015 | Ni |
| Хром | 0.0000024 | 0.000014 | Cr |
| Марганец | 0.000017 | 0.000012 | Mn |
| Мышьяк | 0.000026 | 0.000007 | As |
| Литий | 0.0000031 | 0.000007 | Li |
| Ртуть | 0.000019 | 0.000006 | Hg |
| Цезий | 0.0000021 | 0.000006 | Cs |
| Молибден | 0.000013 | 0.000005 | Mo |
| Германий | 0.000005 | Ge | |
| Кобальт | 0.0000021 | 0.000003 | Co |
| Сурьма | 0.000011 | 0.000002 | Sb |
| Серебро | 0.000001 | 0.000002 | Ag |
| Ниобий | 0.00016 | 0.0000015 | Nb |
| Цирконий | 0.0006 | 0.00042 | Zr |
| Лантан | 0.0000008 | La | |
| Теллур | 0.000012 | 0.00001 | Te |
| Галлий | 0.0000007 | Ga | |
| Иттрий | 0.0000006 | Y | |
| Висмут | 0.0000005 | Bi | |
| Таллий | 0.0000005 | Tl | |
| Индий | 0.0000004 | In | |
| Золото | 0.000014 | 0.00001 | Au |
| Скандий | 0.0000002 | Sc | |
| Тантал | 0.0000002 | Ta | |
| Ванадий | 0.000026 | 0.00000011 | V |
| Торий | 0.0000001 | Th | |
| Уран | 0.00000013 | 0.0000001 | U |
| Самарий | 0.000000050 | Sm | |
| Вольфрам | 0.000000020 | W | |
| Бериллий | 0.000000005 | 0.000000036 | Be |
| Радий | 0.00000000000000001 | Ra |
Состав организма человека можно выразить с помощью различных типов тканей, таких как:
- Мышцы
- Жир
- Кость и зубы
- Нервная ткань (мозг и нервы)
- Гормоны
- Соединительная ткань
- Жидкости организма (кровь, лимфа, моча)
- Содержимое пищеварительного тракта, включая кишечные газы
- Воздух в легких
- Эпителий
Клеточные компоненты тела
На данной инфографике представлены типы клеток, входящих в состав тела человека
Состав крови человека
Кровь — это жидкая соединительная ткань внутренней среды организма человека. Человеческая кровь состоит из плазмы (жидкой среды) и взвешенных в ней клеток и производных от клеток: эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Кровь циркулирует внутри замкнутой системы сосудов и коппиляров под действием силы ритмически сокращающегося сердца.
В состав человеческой крови входят:
- Белки — 7 — 8 % (в плазме):
- сывороточный альбумин — 4 %,
- сывороточный глобулин — 2,8 %,
- фибриноген — 0,4 %;
- у мужчин — 7,7 — 8,1 ммоль/л 78 — 82 ед. по Сали,
- у женщин — 7,0 — 7,4 ммоль/л 70 — 75 ед. по Сали;
- у мужчин — 4 500 000 — 5 000 000,
- у женщин — 4 000 000 — 4 500 000;
- сегментоядерные — 50 — 70 %,
- лимфоциты — 20 — 40 %,
- моноциты — 2 — 10 %,
- палочкоядерные — 1 — 5 %,
- эозинофилы — 2 — 4 %,
- базофилы — 0 — 1 %,
- метамиелоциты — 0 — 1 %.
Кровь выполняет в человеческом организме несколько функций: дыхательную (перенос кислорода от лёгких к тканям и углекислого газа от тканей к лёгким); питательную (кровь доставляет питательные вещества к клеткам тканей); экскреторную / выделительную (транспортировка ненужных продуктов обмена веществ к лёгким и почкам для их выведения из организма); терморегулирующую (кровь регулирует температуру тела); регуляторную (кровь связывает между собой различные органы и системы, перенося сигнальные вещества, которые в них образуются); защитную (кровь обеспечивает клеточную и гуморальную защиту от чужеродных агентов); гомеостатическую (поддержание гомеостаза, то есть постоянства внутренней среды организма); функцию кислотно-основного равновесия, водно-электролитного баланса и т.д.; механическую (придание тургорного напряжения органам за счет прилива к ним крови).
Химический состав костей человека
В химический состав костей человека входят примерно 30% органических веществ и около 70% неорганических веществ (из них 95% это различные соли кальция).
У взрослого человека количество минеральных веществ в костной ткани (главным образом гидроксиапатита — минерал Ca10PO46OH2) составляет около 60—70 % веса костей, а органические вещества (главным образом коллаген) около 30—40%.
Физиология: из чего состоит человек. Главные строительные блоки
Февраль 28th, 2020 6 мин. 0Привет, соратники! В эту пятницу наш ждет очередная, уже шестая по счету заметка из цикла “Подтяни матчасть”. В этот раз мы поговорим про главные строительные блоки человека. По прочтении вы узнаете, какими элементами представлен наш организм, каким образом все они взаимодействуют и за что отвечают.
Итак, занимайте свои места в зрительном зале, мы начинаем.
Человек как таблица Менделеева
Для начала напомню, что в предыдущих статьях мы раскрыли следующие темы: [что представляют собой уровни организации организма], [какие есть потребности у человека] и [как наводится равновесие в организме]. Сегодня мы продолжим наш теоретический цикл. Поэтому ушки на макушку и слушайте внимательно про атомарно-молекулярное устройство человека. Будет занимательно.
Даже в научной и специальной литературе очень редко встречается тема элементного устройства человека. Обычно, когда речь заходит о строении организма, упоминаются системы человека – дыхательная, лимфатическая, скелетная и т.д. Но это осязаемый уровень – то, что можно потрогать или увидеть в зеркале. А вот невидимая сторона, элементная база человека, редко когда упоминается. В этой заметке мы затронем нашу альфу и омегу — основу основ. Поехали!
Примечание:
Для лучшего усвоения материала все дальнейшее повествование будет разбито на подглавы.База человека: элементы и соединения
Вся материя в мире природы состоит из фундаментальных веществ, называемых элементами. Элемент — это чистая субстанция, которая отличается от всей другой материи тем, что она не может быть создана или разрушена обычными химическими средствами. Тело может собирать химические соединения, необходимые для жизни из их составляющих элементов. Но оно не может создавать сами элементы. Они должны поступить из окружающей среды. Например, вода для гидратации организма или кальций для укрепления костей.
Все элементы в наше тело поступают из пищи, которую мы едим, и воздуха, которым дышим. В процентном соотношении элементы человеческого тела составляют:
Большая часть человеческого тела состоит из воды, например, мышцы и легкие состоят из неё на 80% (а прочные кости на 30%) . Поэтому неудивительно, что большая часть массы человеческого тела состоит из кислорода. Углерод, основная единица органических молекул, занимает второе место. 96,2% массы человеческого тела состоит из четырех элементов: кислорода, углерода, водорода и азота. Они находятся в основной структуре всех биохимических молекул. Если вещественно разложить тело человека и на примере элементов показать его состав, то получится такая картина:
Теперь давайте пройдемся по основным элементам и выясним их базовую функцию для нас:
- Кислород (O) — 65%. Вместе с водородом образуют воду, которая является основным растворителем в организме и используется для регулирования температуры и осмотического давления. Кислород содержится во многих ключевых органических соединениях;
- Углерод (С) — 18,5%. Углерод имеет четыре участка связи для других атомов, что делает его ключевым атомом для органической химии. Углеродные цепи используются для образования углеводов, жиров, нуклеиновых кислот и белков. Разрыв связей с углеродом является источником энергии;
- Водород (H) — 9,5%. Водород содержится в воде и во всех органических молекулах;
- Азот (N) — 3,2%. Азот содержится в белках и нуклеиновых кислотах, составляющих генетический код;
- Кальций (Са) — 1,5%. Кальций является наиболее распространенным минералом в организме. Он используется в качестве структурного материала в костях, необходим для регуляции белка и сокращения мышц;
- Фосфор (P) — 1,0%. Фосфор содержится в молекулах АТФ, которые являются основным энергоносителем в клетках;
- Калий (K) — 0,4%. Калий является важным электролитом. Он используется для передачи нервных импульсов и регуляции сердцебиения;
- Натрий (Na) — 0,2%. Натрий является важным электролитом. Как и калий, он используется для нервной сигнализации. Натрий является одним из электролитов, который помогает регулировать количество воды в организме;
- Хлор (Cl) — 0,2%. Хлор является важным отрицательно заряженным ионом (анионом) , используемым для поддержания баланса жидкости;
- Магний (Mg) — 0,1%. Магний участвует в более чем 300 метаболических реакциях. Он используется для построения структуры мышц и костей, является важным кофактором в ферментативных реакциях;
- Сера (S) — 0,04%. Две аминокислоты содержат в своем составе серу. Связи серных форм помогают придать белкам форму, необходимую для выполнения их функций.
Другие элементы можно найти в теле человека в очень небольших количествах (менее 0,01%) . Микроэлементы, считающиеся необходимыми для человека, включают в себя железо, цинк, селен, никель, хром, марганец, кобальт и свинец. Хотя они необходимы в очень небольших количествах, они играют важную роль в поддержании эффективной работы организма:
- бОльшая часть железа в организме содержится в гемоглобине, ответственном за перенос кислорода из легких в остальные части тела. Железо является частью молекулы гема, которая встроена в большую белковую молекулу. Железная часть гем может связывать с собой кислород;
- в организме содержится около 75 мг меди, около трети которой находится в мышцах. Медь в сочетании с определенными белками производит ферменты, которые действуют как катализаторы, помогающие ряду функций организма. Некоторые участвуют в превращении меланина для пигментации кожи, другие способствуют образованию поперечных связей в коллагене и эластине, поддерживая и восстанавливая соединительные ткани. Это особенно важно для сердца и артерий.
В природе элементы редко встречаются по одиночке. Чаще всего они объединяются, чтобы сформировать составы. Соединение — это вещество, состоящее из двух или более элементов, соединенных химическими связями. Например, глюкоза является важным топливом для организма. Это углевод, а его молекулярная формула C6H12O6. Каждая молекула глюкозы состоит из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.
Атомы и субатомные частицы
Атом — наименьшее количество элемента, которое сохраняет уникальные свойства этого элемента. Они состоят из еще меньших субатомных частиц, из которых наиболее важны протон, нейтрон и электрон. Количество положительно заряженных протонов и незаряженных (нейтральных) нейтронов, дающих массу атому, и количество каждого в ядре, определяют свойства элемента. Количество отрицательно заряженных электронов, которые «вращаются» вокруг ядра со скоростью, близкой к скорости света, равно числу протонов:
Протоны и электроны атома несут электрические заряды. Протоны с их положительным зарядом обозначены как p +. Электроны, имеющие отрицательный заряд, обозначаются как e–. Нейтроны атома не имеют заряда — они электрически нейтральны. Подобно тому, как магнит прилипает к стальному холодильнику, потому что их противоположные заряды притягиваются, положительно заряженные протоны притягивают отрицательно заряженные электроны. Это взаимное притяжение дает атому некоторую структурную стабильность. Притяжение положительно заряженным ядром помогает предотвратить отклонение электронов. Число протонов и электронов в нейтральном атоме одинаково, поэтому общий заряд атома сбалансирован.
В природе атомы одного элемента имеют тенденцию соединяться с атомами других элементов характерными способами. Например, углерод обычно заполняет свою валентную оболочку, связываясь с четырьмя атомами водорода. При этом два элемента образуют простейшую из органических молекул — метан, который также является одним из самых распространенных и стабильных углеродсодержащих соединений на Земле. Что касается воды, то кислороду нужно два электрона, чтобы заполнить валентную оболочку. Обычно он взаимодействует с двумя атомами водорода, образуя воду. Таким образом, водород является «создателем воды». По теории это все. Теперь пару слов о практике.
Элементное питание человека как основа здоровья и долголетия
Правильное питание – не только про качественные продукты. Это также про понимание того, зачем мы их едим. Будет полезно хотя бы в общих чертах разбираться, какой продукт какой элемент содержит, а также чем это поможет вашему организму. Я решил несколько упростить задачу и собрал продуктовую корзину с указанием главного элемента в каждом продукте и его направленным действием. Берите эту шпаргалку каждый раз с собой в магазин и выбирайте продукты осознанно, учитывая потребности организма. Продукты, богатые:
- калием: курага, фасоль, морская капуста;
- кальцием: плавленный сыр, брынза, творог;
- магнием: орехи – кешью, кедровые, миндаль, крупы – греча, ячмень, овсянка;
- железом: фисташки, шпинат, чечевица;
- цинком: печень говяжья/говядина, желток яйца, твердый сыр;
- селеном: морепродукты, яйца, кукуруза;
- никелем: горох/горошек консервы, чечевица, фасоль;
- хромом: рыба тунец/лосось/сазан/сельдь, креветки, свекла;
- кобальтом: кальмары, большинство рыб – окунь, треска.
Эти продукты участвуют в профилактике дефицита микроэлементов, полезны при заболеваниях или снижении некоторых функций организма.
Например, вы записались в качалку, начали тягать железо. Про белок ваш тренер прожужжал все уши, а вот про то, что вовлеченность мышечных волокон при сокращении мускула зависит от пропускной способности канала мозг-мышцы, сказать забыл. Или не знал. Чтобы повысить иннервационные способности своих мышц и скорость передачи сигнала к ним от мозга, необходимо употреблять в пишу продукты, богатые калием. Поэтому до/после тренировки имеет смысл съедать банан или салат из морской капусты.
Другой пример. Вы активно занялись бегом – наматываете по несколько километров каждый день. Это истощает запасы гликогена в мышцах, а также выводит электролиты из организма. Поэтому до, после или даже во время пробежек необходимо принимать энергетические батончики, воду с солью или лимоном, специальные напитки.
Вот это и называется правильное питание – питание по элементам, соответствующее виду нагрузки и тренированности организма. А то, что вы стали есть больше белка и отказались от сдобы, жирной и острой пищи – это не пэ-пэ, это ё-пэ-рэ-сэ-тэ :). Собственно, по содержательной части на сегодня все. Подытожим.
Послесловие
Главные строительные блоки человека, и очередная тема цикла разобрана. Необычно, несколько заумно, но зато не как везде :). А ведь за это вы нас, кажется, и цените. Верно, да?
До скорых встреч!
PS: Индивидуальная программа тренировок и питания ждут тебя здесь >>
С уважением и признательностью, Протасов Дмитрий.
Каких атомов больше всего в человеческом теле?
один атом кислорода по массе как 16 атомов водорода, откуда я делаю вывод что 10% массы кислорода содержит атомов в 16 раз меньше чем 10% водорода. 65% содержит в 16/6.5 =2.4 раза меньше.
Кроме того один атом кислорода это 1.33 атома углерода по массе. Получается, что количество углерода составляет 37% от количество кислорода.
Значит атомов водорода больше всего в человеческом теле. В 2.4 раза больше чем атомов кислорода, и в 6.6 раз больше чем углерода.