Паратиреоидный гормон снижает уровень фосфора в сыворотке крови, угнетая реабсорбцию его в проксимальных и дистальных канальцах, усиливая выведение с мочой. Кальцитонин оказывает гипофосфатемическое действие, уменьшая реабсорцию и усиливая экскрецию. 1,25 (ОН) 2Д3, усиливая всасывание фосфата в кишечнике, повышает его уровень в крови, способствует фиксации фосфорно-кальциевых солей костной тканью. Инсулин стимулирует поступление фосфата в клетки и тем самым снижает его содержание в сыворотке крови. Гормон роста увеличивает реабсорбцию фосфатов, вазопрессин – экскрецию.
Обмен фосфора и кальция тесно взаимосвязаны. Считается, что оптимальным для совместного усвоения из пищи является соотношение между фосфором и кальцием равное 1:1–1,5. Гиперкальциемия, снижая секрецию паратиреоидного гормона, стимулирует реабсорбцию фосфатов. Фосфат может соединяться с кальцием и приводить к отложению кальция в тканях и гипокальциемии.
При нарушении обмена фосфора обнаруживаются повышение и снижение его в крови. Гиперфосфатемия часто наблюдается при почечной недостаточности, встречается при гипопаратиреозе, псевдогипопаратиреозе, рабдомиолизе, распаде опухолей, метаболическом и респираторном ацидозе. Гиперфосфатемия подавляет гидроксилирование 25-гидроксикальциферола в почках. Умеренная гипофосфатемия не сопровождается существенными последствиями. Тяжелая гипофосфатемия (менее 0,3 ммоль/л (1 мг%) сопровождается нарушением функции эритроцитов, лейкоцитов, мышечной слабостью (нарушается образование АТФ, 2,3 – дифосфоглицерата). Она наблюдается при злоупотреблении алкоголем и абстиненции, респираторном алкалозе, нарушении всасывания в кишечнике, приеме средств, связывающих фосфат, возобновлении приема пищи после голодания, при переедании, тяжелых ожогах, лечении диабетического кетоацидоза [11]. При диабетическом кетоацидозе гипофосфатемия не является признаком истощения запасов фосфата. Умеренная гипофосфатемия (1,0–2,5 мг%) может наблюдаться при инфузии глюкозы, дефиците витамина D в пище или снижении его всасывания в кишечнике, при гиперпаратиреозе, остром тубулярном некрозе, после пересадки почек, при наследственной гипофосфатемии, синдроме Фанкони, паранеопластической остеомаляции, увеличении объема внеклеточной жидкости. Респираторный алкалоз может вызвать гипофосфатемию, стимулируя активность фосфофруктокиназы и образование фосфорилированных промежуточных продуктов гликолиза. Хроническая гипофосфатемия приводит к рахиту и остеомаляции.
Гипофосфатемия проявляется потерей аппетита, недомоганием, слабостью, парестезиями в конечностях, болью в костях. Гипофосфатурия наблюдается при остеопорозе, гипофосфатемическом почечном рахите, инфекционных заболеваниях, острой желтой атрофии печени, снижении клубочковой фильтрации, повышенной реабсорбции фосфора (при гипосекреции ПТГ).
Гиперфосфатурия наблюдается при повышенной фильтрации и сниженной реабсорбции фосфора (рахит, гиперпаратиреоз, тубулярный ацидоз, фосфатный диабет), гипертиреозе, лейкозах, отравлениях солями тяжелых металлов, бензолом, фенолом.
Гомеостаз кальция и фосфата
Гипокальциемия стимулирует секрецию паратиреоидного гормона и тем самым увеличивает продукцию кальцитриола. В результате увеличивается мобилизация кальция и фосфатов из костей, их поступление из кишечника. Избыток фосфатов экскретируется с мочой (ПТГ оказывает фосфатурическое действие), а реабсорбция кальция в почечных канальцах возрастает, и концентрация его в крови нормализуется. Гипофосфатемия сопровождается усилением секреции только кальцитриола. Увеличение под действием кальцитриола его концентрации в плазме приводит к снижению секреции паратиреоидного гормона. Гипофосфатемия приводит к стимуляции абсорбции фосфата и кальция в кишечнике. Избыток кальция выводится с мочой, так как кальцитриол усиливает реабсорбцию кальция в незначительной мере (по сравнению с ПТГ). В результате описанных процессов нормальная концентрация фосфата в плазме крови восстанавливается независимо от концентрации кальция [12].
1.5 Методика определения жесткости воды в условиях школьной лаборатории
В настоящее время учителю химии приходиться рассматривать самые различные экологические проблемы, одна из которых – проблема чистой воды. Оценивая воду на содержание минеральных солей, отдельно выделяют концентрацию в ней солей кальция и магния, говоря о степени жесткости воды.
Мыло в жесткой воде не мылится, овощи плохо развариваются, а при использовании такой воды в паровых котлах образуется накипь, которая снижает эффективность их работы и может привести к взрыву. Жесткую воду перед употреблением целесообразно умягчить, удалив катионы кальция и магния.
Однако для жизнедеятельности организма кальций и магний необходимы, так как играют важную роль в процессах формирования костей, свертываемости крови, сокращении сердечной мышцы, передачи нервных импульсов. Установлено, что в местностях с пониженным содержанием кальция в питьевой воде сердечные заболевания более распространенны. В тоже время, употребление жесткой воды увеличивает опасность заболевания мочекаменной болезнью, неблагоприятно влияет на формирование сосудов. Избыток ионов кальция в организме приводит к отложению солей в шейном, грудном, поясничном отделах позвоночника, суставах конечностей. Отсюда следует, что важно вести контроль за содержанием солей кальция и магния в питьевой воде. А познакомиться с некоторыми простыми методами определения жесткости воды учащиеся могут на уроках химии [13].
Определение общей жесткости воды в лабораторных условиях проводят методом комплексонометрического титрования с помощью кальциево-магниевых ионоселективных электродов. Но эти методы требуют дорогостоящих и практически недоступных для школы реактивов и приборов, поэтому предлагаем более приемлемый для школьной лаборатории способ с применением соляной кислоты и ортофосфата натрия.
Метод основан на осаждение ионов Са2+ Mg2+ избытком раствора ортофосфата натрия Na3PO4 с последующим определением остатка осадителя:
3 MeCl2 + 2 Na3PO4 → Me3 (PO4)2↓ + 6NaCl
3 Me(HCO3)2 + 2 Na3PO4 → Me3 (PO4)2↓ + 6 NaHCO3.
Как видно из приведенных выше уравнений, из Me(HCO3)2 образуется эквивалентное количество NaHCO3. При титровании остатка фосфата натрия соляной кислотой одновременно оттитровывается и гидрокарбонат натрия, на определение которого расходуется такое же количество соляной кислоты, как и на определение временной жесткости воды, что необходимо учитывать в расчетах.
Методика проведения анализа
В мерную колбу, вместимостью 250 мл переносят 100 мл анализируемой воды, добавляют точно измеренный объем (например, 25 мл) 0,2 н. раствора Na3PO4 и отстаивают 30 минут. Затем доводят до метки дистиллированной водой, тщательно перемешивают и фильтруют через плотный бумажный фильтр в сухую емкость.
В коническую колбу объемом 250 мл отбирают 100 мл фильтрата и добавляют 2–3 капли индикатора метилоранжа, затем титруют соляной кислотой до появления бледно-розовой окраски раствора.
Параллельно определяют объем соляной кислоты, пошедшей на определение временной жесткости в идентичных условиях. Для этого берут мерную колбу вместимостью 250 мл, добавляют 100 мл анализируемой воды, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. После этого в коническую колбу для титрования отбирают 100 мл раствора, добавляют 2–3 капли метилоранжа и титруют соляной кислотой до появления бледно-розового окрашивания.
Расчеты:
1. Рассчитываем временную жесткость воды (моль/л) по формуле:
Ж в. = (Сэ (HCl) ∙ V (HCl) / Vпр.) ∙ (Vколбы / V (H2O) ∙ 1000, где V (HCl) – объем соляной кислоты, пошедшей на титрование, л;
Сэ (HCl) – молярная концентрация эквивалента соляной кислоты, моль/л;
V (H2O) – объем анализируемой воды, л;
Vколбы – объем мерной колбы, л;
Vпр. – объем воды, взятой для титрования, л.
Пример расчета представлен в Приложении 1. Сравнение полученных разными методами результатов показывает, что предлагаемый метод вполне может быть использован при определении общей жесткости воды.
Информацию о составе жесткой воды, видах жесткости и способах ее устранения можно почерпнуть из табл. 1.
Таблица 1.
| Жесткость воды и способы ее устранения | ||||
| Состав жесткой воды | Вид жидкости | Способы устранения | ||
| катионы | анионы | по составу | по способу её устранения | |
| Са 2 + Mg 2+ | НСО-3 | карбонатная | временная | 1) нагревание 2) добавка извести 3) пропускание через ионообменник |
| Сl - N0-3SO42- | некарбонатная | постоянная | 1) добавка соды, 2) пропускание через ионообменник | |
| Сl - N0-3 SO42- НСО-3 | общая | 1) пропускание через ионообменник 2) добавка соды | ||
2. Тема «Кальций и его соединения» в школьном курсе химии
Химия – одна из стремительно развивающихся областей знания, результаты ее ускоренного развития в макро- и микромасштабах проявляются в повседневной жизни. А вот время на изучение этой дисциплины в школе неуклонно сокращается. И это не может не увеличивать пропасть между наукой и содержанием школьного предмета. Мы убеждены, что содержание школьного курса химии и процесс обучения должны отражать не упрощенные представления об особенностях развития химической науки, а состояние современного знания, реальную сложность объекта познания химии.