Исследовательская работа "Роль и значение кальция для здоровья человека"

Бюджетное общеобразовательное учреждение города Омска

«Средняя общеобразовательная школа №61»

Роль и значение кальция для здоровья человека

Автор:

Поляков Константин Евгеньевич

обучающийся 9 «А» класса

Руководитель:

Михалева Татьяна Сергеевна,

учитель химии и биологии

БОУ г. Омска «СОШ № 61»

Омск – 2021

Содержание

Введение

Здоровье – это основополагающее хорошей и счастливой жизни. Самое ценное, что у нас есть, это наше здоровье, которое нужно ценить и беречь.

Чтобы человек постоянно чувствовал себя хорошо и не имел никаких проблем со здоровьем, ему необходимо получать полезные вещества каждый день.

Основными и полезными веществами для нашего организма являются витамины, они благоприятно влияют на работу органов и укрепляют защитные свойства иммунитета, и делают организм человека менее восприимчивым к различным инфекциям и бактериям.

Для обеспечения оптимальной деятельности организма в нем обязательно должны присутствовать различные минералы. Они разделены на две категории. Макроэлементы присутствуют в объеме большем - 0,01%, а микроэлементов содержится меньше 0,001% [2].

Наверное, не найдётся человека, который не знает о пользе кальция, который является макроэлементом. Он нужен нашему организму для поддержания здоровья зубов и для укрепления костей. Но только ли в этом заключаются функции кальция? Какую еще роль он играет в организме человека? Может ли он быть вреден, и если да, то, в каких случаях.

Актуальность

В настоящее время, у многих детей и подростков, которые страдают от дефицита кальция, были выявлены нарушения опорно-двигательной системы, искривление позвоночника, неправильная осанка, сколиоз. У взрослых, при недостатке кальция, наблюдаются частые переломы костей верхних и нижних конечностей. От количества кальция, полученного человеком в ранние годы, зависит, насколько здоровыми и прочными будут его кости в течение всей жизни, ведь при нехватке кальция во всех других органах и системах человека, организм берет его из костей. Кости - это своеобразное «депо» нахождения кальция в организме.

Цель исследования: выявить роль и значение кальция для организма человека, а также проблемы, связанные с его недостатком и избытком.

Гипотеза исследования: нехватка кальция в организме человека приводит к ломкости и хрупкости костей.

Объект исследования: кальций и его свойства

Предмет исследования: влияние кальция на прочность костей.

Методы исследования:

Изучение, эксперимент, наблюдение, анализ и обобщение полученных данных.

Задачи исследования:

изучить и проанализировать литературу по данной теме;

выявить роль кальция в организме человека;

выявить положительное и отрицательное влияния нехватки кальция на

прочность костей;

сравнить наличие кальция в различных продуктах питания;

провести химический эксперимент по исследованию влияния кислот на ионы кальция.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1. История открытия кальция

Название кальций произошло от латинского «calx» (известь). В начале нашей эры были широко распространены слова, имеющие различное значение, но происходящие от приблизительно одинаковых латинских корней: «cal», «calk» и «calx». Кальксом (Calx) называли известковый камень, мел, но чаще же всего строительный раствор на основе извести. Древние авторы – Плиний, Диоскорид, Витрувий и др. – употребляли это слово, описывая процессы обжигания известкового камня, гашения извести и получения строительных растворов. У алхимиков «calx» обозначало, кроме этого, вообще продукты обжига различных веществ, в частности металлов; окислы металлов назывались металлическими известями, а операция обжига – кальцинацией (Calcinatio).

Изучение природы извести и вообще соединений кальция началось в XVIII в. Шталь считал известь сложным телом, состоящим из землистого и водного начал. Блэк установил различие между едкой известью и углекислой известью, содержавшей «фиксированный воздух». Лавуазье в «Таблице простых тел» причисляет известь к простым телам. Элементарный кальций был получен Дэви в 1808 г. После успешного разложения электролизом окислов калия и натрия Дэви решил получить тем же путем щелочно-земельные металлы. Но это удалось ему не сразу. Сначала он пытался разложить известь путем электролиза на воздухе и под слоем нефти, затем прокаливал известь с металлическим калием в трубке и производил другие опыты. Наконец, в приборе с ртутным катодом он получил электролизом извести амальгаму, а из нее металлический кальций. Вскоре этот способ получения металла был усовершенствован Берцелиусом и Понтиным.

1.2. Общая характеристика кальция как химического элемента

Кальций является элементом главной подгруппы II группы IV периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, имеет атомный номер 20 и атомную массу 40,08. Принятое обозначение – Ca.

Кальций – один из самых распространенных элементов на Земле. В природе его очень много: из солей кальция образованы горные массивы и глинистые породы, которые состоят из останков древнейших животных и растений. Кальций – это легкий металл, прирожденный строитель. Из его соединений природа создала готовые стройматериалы – мрамор, известняк, гипс, которые с древнейших времен применяли при постройке зданий [10].

Среди элементов, входящих в состав нашего организма, кальций занимает важное место после четырех главных: углерода, кислорода, водорода и азота.

Для животных и человека этот элемент – один из наиболее важных. В организме человека и других позвоночных большая его часть содержится в скелете и зубах. Если бы у человека не было костей, его тело было бы мягким, как желе. Кости, составляющие скелет, поддерживают тело и обеспечивают защиту от ранений и ушибов. А прочность костей как раз и обеспечивает кальций. В литературе описан опыт («Роль кальция для жизнедеятельности костей»), подтверждающий это.

Выполнение опыта [1, 3]: необходимо взять куриные косточки, поместить в банку и залить небольшим количеством уксуса. Закрыть банку плотно крышкой и оставить на 7 дней. За это время соли кальция переходят из костей в раствор. Через семь дней нужно достать косточки.

Наблюдение: косточки стали как "резиновые" - пружинят и разгибаются, если их согнуть пальцем. Тонкую косточку можно свернуть в колечко - у нее соли кальция растворились по всему объему. У толстой кости середина осталась твердой (рис. 1).

Рис. 1

В общем виде, химическая реакция в данном опыте записывается так [3]:

То есть соли кальция из костей переходят в раствор. Соответственно, через определенное время в костях останутся только органические соединения, и можно ожидать, что кости станут гибкими и мягкими.

Вывод: кости без кальция стали гибкими и мягкими, они не смогут удерживать тело.

Кальций, содержащийся в костях, делает их крепкими и прочными.

Свойства кальция. Кальций является химически активным мягким щелочным металлом серебристо-белого цвета. Из-за взаимодействия с кислородом и углекислым газом поверхность металла тускнеет, поэтому кальций нуждается в особом режиме хранения – в обязательном порядке плотно закрытая ёмкость, в которой металл заливают слоем жидкого парафина или керосина.

1.3. Кальций в организме человека

Известно, что на кальций приходится 2% общего веса человека. В теле человека весом 70 кг приблизительно 1,4 кг кальция. Большая часть кальция находится в костях и зубах человека – около 99%. Оставшийся 1% кальция содержится в крови, мускулатуре и межклеточной жидкости.  Кальций – это материал для постройки костной ткани. Но не только. Значение этого элемента для жизнедеятельности организма изучено достаточно полно. Установлено, что [4, 6, 7]:

Кальций – необходимая составляющая здоровой сердечнососудистой системы. Он помогает поддерживать правильный ритм сердцебиения, обеспечивает хорошую свертываемость крови, способствует снижению артериального давления и уровня вредного холестерина.

Кальций поддерживает все обменные процессы в организме и нормальное функционирование ряда эндокринных желез.

Заслуга кальция в организме человека заключается также в правильном функционировании нервной системы – он питает нервные клетки и помогает импульсам проходить по ним, защищает от стресса.

Кальций способствует укреплению мембран клеток. Это снижает выраженность аллергических реакций при бронхиальной астме, поллинозе, дерматите, аллергических сыпях.

Кальций обеспечивает клеточный и гуморальный иммунитет, усиливает сопротивляемость инфекциям.

Для поддержания здоровья организма следует ежедневно обеспечивать употребление определённого количества кальция. Норма зависит от половой и возрастной категории:

- младенцы до 6 месяцев – 400 мг;

- дети 6—12 месяцев – 500 мг;

- младшие дошкольники (1-5 лет) – 600 мг;

- учащиеся начальных классов (до 10 лет) – 800 мг;

- подростки 10—13 лет – 1000 мг;

- девушки и юноши в возрасте 14—24 года – 1200—1500 мг;

- женщины 25—55 лет – 1000 мг;

- мужчины 25—65 лет – 1000 мг.

Кальций необходим людям любого возраста и особенно – детям. Для растущего детского организма кальций – все равно, что кирпич для строящегося дома. Если кирпичики будут некачественными, недостаточно прочными, то и дом, построенный из них, не выдержит нагрузок и вряд ли простоит века. Так же и тело человека. Важно не просто обеспечить его в детстве необходимым материалом для роста, но и заложить качественный фундамент на долгие годы. От количества кальция, полученного человеком в ранние годы, зависит, насколько здоровыми и прочными будут его кости в течение всей жизни [5].

Корректировка дневной нормы кальция требуется спортсменам, поскольку минерал активно выводится при потоотделении. А также корректировка нужна при длительной гормональной терапии.

1.4 Какие продукты питания содержат кальций?

До недавнего времени считалось, что наилучшими источниками кальция являются молоко и сыр. Но в настоящее время установлено, что молоко содержит такой кальций, для усвоения которого, организм тратит много энергии, в том числе и часть собственного запаса кальция. Поэтому основными источниками кальция следует считать естественные продукты, которые необходимо включать в свой рацион питания [8].

Из овощей особенно богаты кальцием молодая репа с ботвой, шпинат, лук, морковь, огурцы, свекла, зелёная фасоль, сельдерей, укроп и петрушка; из ягод и фруктов – крыжовник, ежевика, смородина, виноград, клубника, земляника, апельсины, персики, ананасы, вишня. Прекрасным источником кальция являются отруби и кисломолочные продукты. Большое количество кальция содержится в маке, кунжутном семени и чае ройбуше (Приложение 1).

Лучше всего кальций усваивается организмом из тех продуктов, в которых он содержится в сочетании с другими полезными микроэлементами, фосфором, витаминами D, С, B9 и так далее. При попадании в организм этих продуктов полезные вещества вступают во взаимодействие друг с другом и усваиваются легче, чем по отдельности.

Так, например, установлено, что кальций не усваивается нашим организмом без витамина Д. Без него организм усваивает только 10% кальция, поступающего в организм, а благодаря витамину Д усваивается 80-90 %.

1.5. Недостаток и избыток кальция в организме человека

Из-за дефицита кальция наблюдаются:

хрупкий скелет;

чувствительные к разрушениям зубы;

блеклая серая кожа лица;

ломкие и нездоровые волосы и ногти;

истощение силы мышц, слабость и усталость;

пористое заболевание костей (или остеопороз), а также рахит и артрит, высокое кровяное давление, боли в спине, бессонница, экзема, бронхиальная астма, высокий уровень холестерина, колит, головные боли, камни в почках и т. д.

Кофеин, никотин и алкоголь способствуют интенсивному выведению кальция из организма и приводят к его дефициту.

При недостатке кальция у младенцев может развиться рахит. Это заболевание приводит к замедленному и неправильному развитию. У детей юношеского возраста при недостатке кальция могут наблюдаться болевые ощущения в процессе роста, судороги в конечностях, быстрая утомляемость, плохой сон, снижение памяти, частые простуды.

В результате исследований, проведенных в нашей стране, у многих детей и подростков, которые страдают от дефицита кальция, были выявлены нарушения опорно-двигательной системы, искривление позвоночника, неправильная осанка, сколиоз, появление раннего кариеса. От количества кальция, полученного человеком в ранние годы, зависит, насколько здоровыми и прочными будут его кости в течение всей жизни. Ведь при нехватке кальция во всех других органах и системах человека, организм берет его из костей. Это своеобразное «депо» нахождения кальция в организме.

В зрелом возрасте может возникнуть заболевание – остеопороз, т.е. снижение плотности костей. Чаще это заболевание проявляется у женщин. Каждая третья женщина старше 45 лет половина всех мужчин и женщин у нас в стране страдают этим заболеванием. Поэтому у наших бабушек часто бывают переломы костей.

Дефицит кальция в организме ведет к тому, что человек не может полностью расслабить мышцы, у него развивается бессонница, слабеет нервная система, становятся хрупкими кости, возникают судороги в икрах ног. Особо опасен дефицит кальция для детей. У нервных, с запоздалым развитием, трудных по характеру детей очень часто обнаруживается дефицит кальция, и они чудесным образом изменяются, когда этот дефицит вовремя восполняется. У взрослых и детей недостаток кальция обнаруживается через нервные привычки грызть ногти, безостановочно двигать руками и ногами, постоянно чесать голову. Они не могут спокойно сидеть продолжительное время и часто бессознательно стучат пальцами (особенно взрослые). Установлено, что дефицит кальция в организме чаще встречается у девочек, поэтому потребности в кальции женского организма больше, чем мужского.

Вот именно по этим причинам нам необходимо постоянно пополнять запасы этого жизненно важного для нас элемента.

А как это делать? Немецкий поэт Генрих Гейне сказал: «Человек есть то, что он ест». Значит, чтобы в наших костях было достаточно кальция, необходимо чтобы его было достаточно в той пище, которую мы едим.

Избыток кальция встречается намного реже его дефицита, но такая ситуация ничем не лучше. Избыток кальция возникает чаще всего в случае его приёма в форме таблетированных препаратов – токсичной может быть доза более 2000 мг. Он также может появиться у людей, которые пьют постоянно сырое молоко и употребляют в большом количестве молочные продукты. Симптомы избытка кальция: потеря аппетита, тошнота, рвота, боли в нижней части живота. В более запущенных случаях могут появиться, слабость, наблюдается ритм биения сердца. В результате появляются камни в мочевом пузыре, нарушается свертываемость крови, ослабляется иммунитет, а значит, организм становится подверженным различным заболеваниям. При появлении злокачественных опухолей также наблюдается повышенный уровень кальция в организме. Избыток кальция приводит к нарушению нормальной работы головного мозга, следствием чего может стать потеря сознания и галлюцинации. Также кальций откладывается в почках, образуя камни [6, 9].

Глава 2. Практическая часть

Эксперимент 1. «Роль кальция для зубной эмали»

Выполнение опыта: берем скорлупу яйца, предварительно удалив желток и белок, и заливаем её уксусом (зубы покрыты сверху защитной оболочкой - эмалью, так же как яйца скорлупой, состоящей из соединений кальция) (Приложение 2, рис. 2).

Наблюдение: через несколько минут скорлупа в банке с уксусом начинает пузыриться (Приложение 2, рис. 3, 4). Это уксус растворяет кальций, из которого состоит скорлупа. Через несколько часов скорлупа полностью растворится (Приложение 2, рис. 5, 6).

Вывод: эмаль зубов (как яичная скорлупа) без кальция становится мягкой. А под действием кислых продуктов и бактерий, вырабатывающих кислоту, разрушается.

Эксперимент 2. «Влияние газированных напитков на зубную эмаль»

Выполнение опыта: берём скорлупу яйца, предварительно удалив желток и белок, и заливаем газированным напиток «Кока-кола» (Приложение 3, рис. 7).

Наблюдение: скорлупа в банке с напитком не сильно пузырится. Кальций, из которого состоит скорлупа, растворяет лимонная кислота. Она входит в состав Кока-колы. В опыте, описанном в литературе, через некоторое время скорлупа должна полностью раствориться. Однако, при проведении опыта в домашних условиях, растворение скорлупы не наблюдалось, хотя она пролежала в Кока-коле в течение двух недель. Спустя две недели от начала проведения опыта я извлек скорлупу из Кока-колы. Скорлупа очень потемнела, местами образовались трещины (Приложение 3, рис. 8). Попытки очистить ее от черноты не привели к результату.

Вывод: эмаль зубов (как яичная скорлупа) под действием газированных напитков (в составе лимонная кислота) и кислых соков может значительно потемнеть и разрушиться.

Заключение

Человеческий организм имеет очень сложное строение. В нем вся таблица химических элементов Д.И. Менделеева! Нехватка или избыток одного-единственного минерала или элемента может привести к большим неприятностям! Человек – химическая фабрика, где постоянно идут сложнейшие процессы. Задача человека  следить за работой этой фабрики, заботиться о своём здоровье с детских лет.

Сегодня минералом №1 для человека называют кальций. Кальций – это основа человеческого организма: костей, ногтей, всех тканей, волос и зубов. Пользу, которую приносит кальций организму человека, невозможно переоценить. Он выступает в роли главного строительного материала для формирования скелета. Детям он необходим для роста и развития здоровых костей и зубов, а взрослых спасает от ломкости и хрупкости твердых тканей организма (костей, зубов, ногтей). К тому же он регулирует сердцебиение, участвует в сокращении мышц, понижает артериальное давление и уровень холестерина в крови, способствует нормальной свертываемости крови.

Физиологические функции кальция просто необходимы для нормального функционирования и выживания организма. Кальций – один из важнейших макроэлементов, необходимых для поддержания здорового баланса в организме человека. Его нехватка или избыток проявляются в разных формах. Первые признаки нехватки кальция проявляются в виде ломкости ногтей, выпадения волос и ухудшения состояния зубов. При его избытке могут образоваться камни в почках, мочевом пузыре, ослабляется иммунитет, а значит, организм становится подверженным различным заболеваниям. Чтобы избежать дисбаланса кальция, важно обеспечить правильное питание. Основными источниками кальция следует считать естественные продукты, которые необходимо включать в свой рацион питания.

Кальций в нашем организме действует как макроэлемент Са2+. Для нормальной жизнедеятельности организма уровень концентрации кальция в крови и внеклеточных жидкостях должен быть постоянным. Так как кальций необходимое вещество для роста и развития живого организма, его содержание обязательно должно быть в норме. Так можно на долгие годы сохранить крепкое здоровье и бодрость.  

Список литературы

Болушевский С.В. Самая полная энциклопедия научных опытов. М.: Эксмо, 2014. 288 с.

Буслаева, Г.Н. Значение кальция для организма // Педиатрия : Medicum. 2009. № 3. С. 4-7.

Кальций в костях. Режим доступа:

https://livescience.ru/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8:%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D1%86%D0%B8%D0%B9-%D0%B2-%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8F%D1%85

Кальций в организме человека: роль и оптимальный уровень. Режим доступа: http://legkopolezno.ru/zozh/pitanie/kalcij-v-organizme-cheloveka/

Лифляндский В.Г. Витамины и минералы Серия: Семейный медицинский справочник. Издательство: М.: Олма-Пресс, 2010. 640 с.

Роль кальция в нашей жизни и его медицинское применение. Режим доступа: https://poisk-ru.ru/s45391t2.html

Роль кальция в организме человека. Режим доступа: https://aniramia.ru/rol-kalciya-v-organizme-cheloveka/

Смоляковский Б.Л. Лечебное питание М.: Эксмо, 2010. 688 с.

«Современная медицинская энциклопедия», С-Петербург, «Норинт», 2004г.

Энциклопедия школьника. М.: Издательство «Советская энциклопедия», 1975.

Приложение 1

Содержание кальция в продуктах питания

Приложение 2

Роль кальция для зубной эмали

Рис. 2

Приложение 3

Влияние газированных напитков на зубную эмаль