МЕДЬ

МЕДЬ (Cuprum, Cu) — химический элемент I группы периодической системы Д. И. Менделеева, является незаменимым микроэлементом, необходимым для нормальной жизнедеятельности человека, всех животных и растений. М. — важная составная часть металлопротеидов (см.), регулирующих окислительно-восстановительные реакции процессов клеточного дыхания, фотосинтеза, усвоения молекулярного азота. Нарушение обмена М. в организме человека может стать причиной развития серьезных заболеваний (микроцитарная и гипохромная анемия, заболевания нервной системы и т. д.). Сульфат меди используется в медицине в качестве лекарственного средства; кроме того, в биол, и мед. исследованиях используются изотопы ⁶⁴Cu, ⁶⁶Cu и ⁶⁷Cu. В условиях промышленного получения М. или контактов с ее производными она представляет собой значительную профвредность.

Среднее содержание М. в земной коре (по массе) составляет 4,7*10^-3 %, причем в верхней части земной коры М. меньше (2*10^-3 %), а в нижней больше (10^-2 %). В живых организмах среднее содержание М. составляет 2*10^-4 % .

В продуктах питания растительного и животного происхождения содержится различное количество М. Так, напр., в зернах пшеницы содержится 5,6—16,7, а в листьях чая — 15 мкг/кг М. В скелетных мышцах овец содержится 1,5 мг/кг, крупного рогатого скота — 0,8 мг/кг, свиней — 0,7 мг/кг, в печени этих же животных 80, 60 и 9 мг/кг М. соответственно.

Особенно богаты М. орехи, грибы, бобы сои, кофе, печень животных.

Атомный номер М. 29, атомный вес (масса) 63, 546. М. представляет собой мягкий вязкий металл красного цвета. Плотность М. равна 8,96 г-см³, t° _кип 2600°, t°_пл 1083°. М- может находиться в одно-, двух- и реже трехвалентном состоянии, образуя соответственно одновалентные (напр., Cu₂O — закись меди) и двухвалентные, наиболее распространенные (напр., CuO — окись меди) соединения. Известны также трехвалентные соединения M. (Cu₂O₃). Соединения М. хорошо растворимы в воде, органических растворителях (изоамиловый спирт, гексанол, бензол), но соединения М., содержащие серу, образуют нерастворимые сульфиды М.

Благодаря своим физ.-хим. свойствам М. в процессах обмена веществ занимает одно из ведущих мест. Приобретая или теряя электрон (при изменении валентности), ион М. может служить как донором, так и акцептором электронов в окислительно-восстановительных реакциях. Кроме этого, ионы М. по сравнению с ионами других металлов активнее взаимодействуют с аминокислотами, нуклеотидами, нуклеиновыми к-тами, белками и ферментами, образуя устойчивые комплексы (см. Комплексные соединения). В большинстве медьсодержащих металлопротеидов ионы М. присоединены настолько прочно, что не удаляются даже при диализе и могут быть удалены только при повреждении структуры белка или при замещении их соединением, образующим еще более прочную связь.

М. входит в структуру или в состав активного центра многих металлопротеидов растений и животных: пластоцианина хлоропластов, полифенолоксидаз, лакказы, аскорбатоксидазы, галактозооксидазы, аминооксидаз, церулоплазмина, цитохромоксидазы, дофамин- бета-гидроксилазы, супероксиддисмутазы, ксантиноксидазы, тирозиназы, гемоцианина, тирозинйодиназы, а также обнаруживается в составе других белков, функция которых в организме окончательно не установлена. Содержание М. в металлопротеидах колеблется от 0,2% до 0,8%, причем на одну молекулу белка приходится от одного до восьми атомов М., а в гемоцианине даже до 250 атомов.

Качественное и количественное определение М. в биол, материале требует соблюдения правил «металлостерильности», т. е. высокой хим. чистоты посуды и реактивов, которые не должны содержать даже следов М., т. к. в тканях и жидкостях растений и животных М. присутствует в количествах меньших, чем в дистиллированной воде. Поэтому для приготовления реактивов и мытья посуды используют специально приготовленную деионизированную («безмедную») воду. Из исследуемого материала М. извлекают специфическими комплексообразующими реагентами, взаимодействующими с М. (диэтилдитиокарбамат, дитизон, купроин, батокупроин, купризон), и в водной или органической среде проводят спектрофотометрическое количественное определение М. при 420—610 нм (см. Потенциометрическое титрование), эмиссионной спектрографии, позволяющие обнаружить следовые количества не только М., но и других металлов в биол, объектах.

Биологическое значение меди

Биол, и мед. значение М. чрезвычайно велико. Потребность в М. (как и в других металлах) для живых организмов строго определена и генетически детерминирована. Как недостаточное, так и избыточное поступление М. в организм приводит к нарушению жизненно важных функций.

В организме взрослого человека содержится 100—150 мг М. Мышцы и кости содержат 50%, а печень 10% всей М. организма. Печень, мозг, сердце и почки содержат большое количество М. (в мкг/г сухого веса: 18,9; 21,9; 14 и 11,9 соответственно). М. в небольших количествах имеется в легких, кишечнике, селезенке, эндокринных железах, коже, волосах. Содержание М. в крови в среднем составляет ок. 100 мкг%, в эритроцитах и лейкоцитах 60 мкг% М. находится в составе супероксиддисмутазы, а в плазме крови 98% всей М. находится в церулоплазмине.

У новорожденных детей содержание М. в печени, мышцах и других тканях в 10—20 раз выше по сравнению с содержанием М. в этих же тканях взрослых людей. Увеличение содержания М. в тканях плода происходит за счет организма матери, т. к. при беременности всасывание М. увеличивается, а ее выведение снижается, составляя 27% от всей поступившей в организм М. У детей содержание М. в органах и тканях достигает уровня взрослого к 6—12 мес.

С пищей человек ежедневно получает 2—5 мг М. (потребление менее 2 мг в сутки приводит к отрицательному балансу М.), из которых усваивается не более 30% (до 1,6 мг). Остальное количество проходит через жел.-киш. тракт, превращаясь в толстой кишке в нерастворимые соединения, которые выводятся с калом. Из всосавшегося количества М. ок. 80% (0,5—1,3 мг) выводится с желчью, через кишечник выводится ок. 16% (0,1—0,3 мг) и с мочой — ок. 4% (0,01—0,06 мг). Небольшое количество М. выделяется также с потом.

Всасывание М. происходит в основном в тонкой кишке. В слизистой оболочке тонкой кишки имеется белок — металлотионеин, который образует комплекс с М. Предполагается, что этот белок выполняет две функции в поддержании гомеостаза М.: связывает М. в клетках слизистой оболочки кишечника и выполняет защитную функцию, препятствуя избыточному поступлению М. и других микроэлементов из кишечника в кровь. Транспорт М. через клеточные мембраны осуществляется аминокислотами. После всасывания в кишечнике М. транспортируется в печень аминокислотами и альбумином (альбумин сыворотки крови человека связывает два иона М. на одну молекулу белка, видовые различия в структуре альбумина животных определяют различную способность этого белка связывать М.). Всосавшаяся М. быстро исчезает из крови и концентрируется в печени, а затем вновь поступает в кровь в составе церулоплазмина, синтез к-рого происходит в печени. Церулоплазмин транспортирует М. в клетки организма для синтеза медьсодержащих белков и ферментов, участвует в процессах обмена железа, а также обеспечивает динамическое равновесие концентрации биогенных аминов в крови. Содержание М. в крови и тканях зависит от потребления ее с пищей и от состояния жел.-киш. тракта.

У человека при дефиците М. нарушается обмен железа (снижается его всасывание и утилизация), биосинтез фосфолипидов (поражается нервная система как результат демиелинизации нервных стволов), остеобластическая активность, образование эластической ткани сосудов, т. к. М. необходима для синтеза коллагена и эластина, нарушается пигментный обмен (изменяется цвет кожи и строение волос).

Влияние избытка М. на человека не изучено, однако известно, что у животных избыток М. в результате нарушения питания или действия эндогенных факторов (кумулирование М.) вызывает сложный симптомокомплекс, сопровождающийся снижением активности и биосинтеза ряда ферментов, нарушением функций большинства органов и систем и характерными признаками отравления.

Все патол, состояния, связанные с нарушением обмена М., можно разделить на заболевания, приводящие к увеличению (гиперкупремия) и снижению (гипокупремия) концентрации М. в крови. У здоровых людей концентрация М. в крови относительно постоянна и увеличивается только при беременности и стрессе. Гиперкупремия, а следовательно, и гиперцерулоплазминемия встречаются гораздо чаще, чем гипокупремия. Концентрация М. в крови увеличивается при острых и хрон, воспалительных заболеваниях, при шизофрении, алкоголизме, ревматизме, бронхиальной астме, заболеваниях почек, печени, инфаркте миокарда, при некоторых типах анемий, лимфогранулематозе, лейкемии, злокачественных новообразованиях, при хрон, инфекционных заболеваниях и после обширных оперативных вмешательств.

Гипокупремия характеризуется низким содержанием М. и церулоплазмина в крови. Гипокупремия возникает при квашиоркоре, генерализованном нарушении белкового обмена в детском возрасте (гипопротеинемия), наследственных заболеваниях: гепато-церебральной дистрофии (см.) и синдроме Менкеса. Это заболевание было описано в 1962 г. и характеризуется умственной отсталостью, отставанием в росте, наличием патол, строения волос, нарушением мышечного тонуса и снижением температуры тела до 34—35°. Исследования выявили у больных аномальное строение стенки артерий (в т. ч. и в мозге), нарушение структуры метафизов длинных костей, резкое снижение концентрации М. в крови, печени и мозге. Активность церулоплазмина, ахминооксидаз (лизилоксидаз) соединительной ткани, дофамин-бета-гидроксилазы, супероксиддисмутазы и тирозиназы резко сжижена. Установлено также нарушение образования дисульфидных связей в полипептидных цепях кератина волос. Характер наследования болезни рецессивный, сцепленный с X-хромосомой, поэтому все выявленные больные мужского пола. В основе болезни лежит наследственное нарушение всасывания М. в кишечнике. Заболевание заканчивается смертью в возрасте до 3 лет. Введение М. per os не приводит к увеличению концентрации М. и церулоплазмина в крови, однако внутривенное введение М. вызывает возрастание оксидазной активности церулоплазмина и других ферментов, для синтеза которых необходима М.

Медь радиоактивная

Природная М. состоит из смеси двух стабильных изотопов — ⁶³Cu (69,1%) и ⁶⁵Cu (30,9%). Кроме того, имеется 11 искусственных радиоактивных изотопов М. с массовыми числами от 57 до 68 (из них два изомера с одинаковыми массовыми числами ⁵⁸Cu и ^58mCu). В биол, и мед. исследованиях (роль М. в кроветворении, диагностика гепатоцеребральной дистрофии, нейтронно-активационный анализ биопсийного материала для диагностики ряда заболеваний печени, ревматизма и др. ) используются изотопы ⁶⁴Cu, ⁶⁶Cu и ⁶⁷Cu с периодом полураспада 12,8 часа, 5,1 мин. и 58,5 часа соответственно. ⁶⁴Cu с периодом полураспада 12,8 часа получают гл. обр. в ядерном реакторе (см. Изотопы) обладает сложным спектром излучения: бета-минус (38%) с энергией 0,573 Мэв, бета-плюс (18%) с энергией 0,656 Мэв, e- 1,33 Мэв, гамма-излучение с энергиями 1,34 Мэв (0,5%) и 0,511 Мэв (38%) и характеристическое рентгеновское излучение никеля, образующегося в результате электронного захвата (43%). Для лиц, работающих с ⁶⁴Cu, в качестве среднегодовой допустимой концентрации в воздухе рабочих помещений принята величина 10^-9 кюри/л; для отдельных лиц из населения: в атмосферном воздухе — 3,6*10^-11 кюри/л, в воде 2.1•10^-7 кюри/л. Минимально значимая активность на рабочем месте — 100 мк кюри.

Препараты меди

Меди сульфат (Cupri sulfas, Cuprum sulfuricum; син. медь сернокислая, медный купорос, ГФ X, сп. Б), CuSO₄-5H₂O. Синие кристаллы или мелкокристаллический порошок того же цвета с металлическим вкусом, без запаха, медленно выветривающиеся на воздухе. Хорошо растворим в воде, особенно горячей (1:3), в глицерине (1:4) и нерастворим в 95% этаноле. Р-ры имеют слабокислую реакцию. Сульфат М. при местной аппликации взаимодействует с белками, образуя с ними солеобразные альбуминаты. Этим объясняются его вяжущее и прижигающее действие, а также бактерицидные и фунгицидные свойства препарата. В малых концентрациях, не вызывающих образования альбуминатов, он оказывает бактериостатическое действие, объясняющееся блокированием SH-фермен-тов. При конъюнктивитах сульфат М. в виде 0,25% р-ра используют в качестве глазных капель, при уретритах, вагинитах в виде 0,5% р-ра применяют для промываний и спринцеваний. При трахоме конъюнктиву, переходные складки и внутреннюю поверхность верхнего века прижигают сульфатом М. или его сплавом с нитратом калия, квасцами и камфорой в виде специального карандаша. В качестве антидота сульфат М. используют при ожогах кожи и слизистых оболочек белым фосфором. В этих случаях место поражения кожи обрабатывают 5% р-ром этого препарата. Лечебный эффект наступает в результате инактивации повреждающего агента за счет образования нерастворимой фосфористой М. Происходит также частичное восстановление сульфата М. в металлическую М., образующую экранирующую пленку на поверхности частиц белого фосфора. При ожогах белым фосфором слизистой оболочки пищеварительного тракта сульфат М. назначают внутрь в дозе 0,3—0,5 г (в половине стакана теплой воды) и промывают желудок 0,1% р-ром этого же препарата. Сульфат М. иногда используют как рвотное средство рефлекторного действия. С этой целью его назначают внутрь в виде 1% р-ра в количестве 15— 50 мл (высшая доза для этой цели 0,5 г меди сульфата). Препарат вызывает значительное раздражение слизистой оболочки желудка, поэтому как рвотное назначается сравнительно редко. При приеме внутрь больших доз сульфата М. может развиться острое отравление, сопровождающееся местными изменениями со стороны жел.-киш. тракта (ожоги слизистых оболочек), а также гемолизом, поражением печени и почек (резорбтивное действие препарата). С целью обезвреживания невсосавшегося препарата применяют ферроцианат калия, образующий с М. нерастворимое соединение. Для предотвращения токсического действия сульфата М. на организм назначают унитиол (см.).

Сульфат М. улучшает всасывание железа в кишечнике, повышает концентрацию сывороточного железа за счет мобилизации его из депо, способствует синтезу гемоглобина. Клин, данные показывают, что назначение препаратов М. больным гипохромной анемией повышает терапевтическую эффективность железосодержащих соединений. В этой связи сульфат М. назначают при гипохромных анемиях для стимуляции процессов кроветворения по 5—15 капель 1% р-ра 2—3 раза в день. В связи с раздражающим действием сульфата М. на слизистые оболочки его дают больному в молоке после еды. С этой же целью используют комбинированный препарат — таблетки гемостимулина. В их состав входят: кровь сухая пищевая, железа лактат, сульфат М. Однако комплексные препараты, содержащие М., железо и кобальт, назначаемые внутрь больным с различными видами анемии, используются редко. В ряде случаев они вызывают диспептические явления, которые проходят самостоятельно. При поносе и рвоте назначать их не рекомендуется.

Имеются указания на терапевтический эффект сульфата М. не только при гипохромных анемиях, но и при других заболеваниях. Так, при лечении витилиго этот препарат назначают внутрь по 5—15 капель 0,5—1% р-ра 3 раза в день во время приема пищи в сочетании с кортикостероидами и фурокумаринами.

Отмечается положительный результат лечения экземы сульфатом М. в комплексе с витаминами. В течение 10 дней такие больные получают 3 раза в день по 15 капель 1% р-ра сульфата М. в молоке и одновременно 0,5 г аскорбиновой к-ты утром натощак и 0,5 г никотиновой к-ты 3 раза в день.

Микродозы М. успешно используют в комплексном лечении больных склеромой. В этих случаях внутрь назначают по 20 капель 0,1% р-ра сульфата М. 3 раза в день с молоком после еды. Одновременно такие больные получали стрептомицин, лидазу, витаминотерапию. Положительные результаты лечения острого афтозного стоматита отмечены при обработке слизистой оболочки полости рта этих больных 1% р-ром сульфата М.

Высшая разовая доза сульфата М. внутрь 0,5 г (для взрослых!). Хранят в хорошо укупоренной таре.

Меди цитрат (Cupri citras; син. медь лимоннокислая); (Cu₂C₆H₄O₇)₂•5H₂O. Светло-зеленый порошок, плохо растворимый в воде, легко растворимый в минеральных к-тах и в водном р-ре аммиака. Применяют в виде глазной мази (1— 5%) при трахоме и конъюнктивите.

Профессиональные вредности

Источником промышленного получения М. являются медьсодержащие руды, которые представлены наиболее часто сульфидами (халькопиритом — CuFeS₂, борнитом — Cu₅FeS₄, халькозином — Cu₂S, ковеллином — CuS) и окисленными минералами: карбонатами [малахитом — Cu₂(OH)₂CO₃, азуритом — Cu₃(OH)₂(CO₃)₂] и окислами (купритом — Cu₂O, меланконитом — CuO).

Человек контактирует с М. при добыче и обогащении руд, получении черновой меди, при использовании М. и ее соединений в промышленности и сельском хозяйстве. Избыточное поступление М. в организм оказывает токсическое действие, одной из причин к-рого является угнетение SH-ферментов. Токсическое действие простых соединений М. более выражено, чем комплексных. У рабочих, занятых обработкой изделий из М. и ее сплавов или при контакте с медьсодержащими фунгицидами, возможно острое отравление, проявляющееся ознобом, кратковременным повышением температуры, заканчивающимся проливным потом. При более длительной лихорадке характерны явления со стороны жел.-киш. тракта — тошнота с жаждой, сладкий вкус во рту, слюнотечение, рвота. Такая «медная» или «медно-протравная» лихорадка по клин, картине напоминает литейную лихорадку (см.).

В случаях приема перорально быстровсасывающихся соединений М. отмечают металлический вкус во рту, обильное слюнотечение, тошноту, рвоту; рвотные массы имеют сине-зеленый цвет. Отмечают схваткообразные боли в животе, понос с примесью крови, при этом фекалии приобретают черный цвет. Резко выражено гемолитическое действие М. — гемолиз, появление гемоглобина в моче, желтуха; в моче белок и гиалиновые цилиндры. Возможны симптомы уремии: слабость, головокружение, затрудненное дыхание. Может наблюдаться и «медно-протравная лихорадка» — озноб, температура до 39°, проливной пот, резкая слабость.

Неотложная терапия при остром отравлении М. — щелочные ингаляции, внутривенное введение р-ра глюкозы с аскорбиновой к-той, внутрь — крепкий сладкий чай. По показаниям — сердечные средства, кислород, тепло.

Длительное воздействие пыли медных руд может приводить к развитию у рабочих пневмокониоза (см.). При совместном действии с кварцем металлическая медь, ее окислы усиливают силикотический процесс в легких, специфически поражая сосуды и способствуя развитию воспалительной реакции. Для мелкодисперсных аэрозолей М. более характерно общее токсическое действие, проявляющееся функциональными изменениями печени, почек, нервной системы, жел.-киш. тракта.

Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны для металлической меди —1 мг/м³ (в т. ч. среднесменная ПДК — 0,5 мг/м³), для кремнемедистого сплава — 4 мг/м³, для медно-никелевой руды — 4 мг/м³, для медно-сульфидных руд (при содержании в пыли менее 10% кристаллической двуокиси кремния) — 4 мг/м³.

Меры предупреждения профзаболеваний и интоксикаций. Для предотвращения выделения пыли в воздух рабочей зоны необходима герметизация процессов дробления руд и транспортировки сыпучих материалов, местная вытяжная вентиляция, увлажнение материала (бурение с промывкой, мокрое дробление, подача влажной шихты), внедрение более совершенных технол, процессов на медеплавильных заводах — обжиг в кипящем слое, электролитическая плавка, при сварочных работах — применение автоматической сварки под флюсом и в среде защитных газов неплавящимся вольфрамовым электродом. Для защиты органов дыхания от пыли используют респираторы (см.), при сварочных работах — маски с принудительной подачей воздуха.

Определение меди в пробе пыли производится по реакции ионов Cu²⁺ с диэтилдитиокарбаматом (образуется комплексное соединение, окрашенное в желтый цвет).

Медь в судебно-медицинском отношении

Отравления М. носят случайный характер и происходят в промышленности, сельском хозяйстве и быту, когда препараты, содержащие М., могут попасть в организм через дыхательные пути и перорально. Смертельная доза сульфата М. — 10 г. При вскрытии трупа человека, погибшего от отравления медьсодержащими веществами, и гистол, исследовании диагностируются явления раздражения слизистой оболочки полости рта (иногда ее синеватая окраска), желудка и кишечника, особенно толстой кишки; выраженная дистрофия печени, миокарда, почек; гнойный бронхит, мелкоочаговая пневмония.

Суд.-хим. обнаружение М. во внутренних органах основано на ее выделении из минерализата в виде диэтилдитиокарбамината М., переведении М. вновь в водную фазу соляной к-той, а затем определении ионов М. при помощи качественных цветных реакций. Количественное определение производится комплексометрическим титрованием, а при малых количествах — колориметрическим определением диэтилдитиокарбамината М. Чувствительность методов обнаружения М. при суд.-хим. определениях — 0,4 мг в 100 г ткани органа. При количественном определении М. во внутренних органах следует учитывать ее естественное содержание в ткани этих органов.

Библиография: Биологическая роль меди, под ред. В. В. Ковальского, М., 1970; Кацнельсон Б. А. и др. О влиянии примеси медьсодержащих соединений к пыли кварца на развитие экспериментального силикоза крыс, Гиг. труда и проф. заболев., №3, с. 30, 1969; Луценко Л. А., Кочеткова Т. А. и Титова И. Н. Значение низких концентраций для экспериментальной оценки и нормирования рудных пылей, обладающих фиброгенным и токсическим действием, в кн.: Гиг. труда в горнодобывающей промышленности, под ред. А. П. Шицковой, с. 69, М., 1978; Машковский М. Д. Лекарственные средства, ч. 2, с. 355, М., 1977; Молекулы и клетки, пер. с англ., под ред. Г. М. Франка, в. 4, с. 136, М., 1969; Нормы радиационной безопасности (НРБ—76), М., 1978; Полинг Л. и ПолингШ Химия, пер. с англ., с. 31 и др., М., 1978; Ш в а й к о в а М. Д. Токсикологическая химия, с. 318, М., 1975; H о 1 t-z m a n N.A. Menkes’ kinky hair syndrome, a genetic disease involving copper, Fed. Proc., v. 35, p. 2276, 1976; Lede-r e г С. М., Hollander J. M. a. P e r- 1 m a n I. Table of isotopes, N. Y. a. o., 1967; Menkes J. H. a. o. A sex-linked recessive disorder with retardation of growth, pecular hair, and focal cerebral and cerebellar degeneration, Pediatrics, v. 29, p. 764, 1962; Radioaktive Isotope in Klinik und Forschung, hrsg. v. K. Fellinger u. H. Vetter, Bd 9, Miinchen—B., 1970 ;Trace elements in human health and disease, ed. by A. S., Prasad, v. 1, N. Y., 1976.

A. М. Шапошников; Г. А. Аврунина (рад.), B. А. Бабичев (фарм.), Л. А. Луценко (гиг ), Е. 3. Бронштейн (суд.).