Всероссийский конкурс исследовательских и проектных работ школьников «Высший пилотаж» Необходимость кальция для организма человека Исследовательская работа Направление « Биология» Выполнила: ученица 9 класса, МБОУ ООШ с. Гродеково Иванова Надежда Руководитель: Тропина Елена Владимировна учитель географии и биологии МБОУ ООШ с. Гродеково с. Гродеково, 2024 1 Содержание Стр. Введение ...........................................................................................................................................................3 Глава I. Теоретическая часть ......................................................................................................................5 1.1. История возникновения кальция ...................................................................................................5 1.2. Кальций в организме человека .......................................................................................................5 1.4. Недостаток и избыток кальция .......................................................................................................8 1.5 Признаки дефицита кальция ...............................................................................................................10 1.6 Заболевания, вызываемые дефицитом кальция в организме человека ......................................11 1.7 Источники кальция ...............................................................................................................................12 1.8 Как вымывается кальций из организма? .........................................................................................13 Глава II. Практическая часть ....................................................................................................................14 2.1 Опыт №1 «Гибкая косточка».........................................................................................................14 2.2 Опыт №2 «Резиновое яйцо» ...........................................................................................................15 Заключение ....................................................................................................................................................16 Список используемых источников ...........................................................................................................17 Приложение 1 ................................................................................................................................................18 2 Введение Проблема: В наше время множество людей страдают от дефицита кальция в организме. В частности, из-за нехватки кальция у людей развивается такое заболевание, как Остеопороз. — это хроническое заболевание костей скелета, которое связано с нарушением обмена веществ, проявляется прогрессирующим снижением плотности и нарушением структуры костной ткани и приводит к переломам при минимальной травме (например, при падении с высоты собственного роста). Данное заболевание является настолько актуальным, что Всемирная Организация Здравоохранения назвала остеопороз четвёртой причиной заболеваемости и смертности от хронических неинфекционных заболеваний. В России каждая третья женщина и каждый пятый мужчина в возрасте 50 лет и старше больны остеопорозом, что составляет 14 миллионов человек. Актуальность: Кальций полезен для организма. Однако ежедневно из организма вымывается большое количество кальция, а способствуют этому процессу употребление не правильных продуктов питания в большом количестве. К сожалению, не все люди с удовольствием употребляют молочные продукты и едят блюда из капусты и бобовых растений. Они не понимают ценности перечисленных продуктов. Поэтому я, попытаюсь раскрыть их ценные качества, а также значимость кальция в организме человека. Цель работы: выяснить какое имеет значение кальция в организме человека. Задачи проекта: Изучить что такое кальций. Узнать, какое влияние имеет кальций для организма человека. Провести опыты, которые докажут значение кальция в организме человека. 3 Гипотеза исследования: кальций необходимое вещество для роста и развития живого организма, его содержание должно быть в норме. Объект исследования: кальций в организме человека. Предмет исследования: влияние кальция на прочность костей. Метод исследования: теоретический анализ научной и материальной литературы; анализы; экспериментальная часть. 4 Глава I. Теоретическая часть 1.1. История возникновения 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: «calx», «calx» и «calx». Кольском (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). Кальций был открыт в 1808 году Хэмфри Дэви, который путём электролиза гашеной извести и оксида ртути получил амальгаму кальция, в результате процесса выгонки ртути, из которой и остался металл, получивший название кальций. На латыни известь звучит как calx, именно это название и было выбрано английским химиком для открытого вещества. 1.2. Кальций в организме человека Кальций – один из наиболее важных элементов человеческого организма. Едва ли можно назвать физиологический процесс, протекающий без его участия – прямого или опосредованного. Известно, что кальций необходим для передачи нервного импульса, мышечного сокращения, свертывания крови, секреторной активности, дифференцировки и гибели клетки, реализации иммунного ответа. Кальций является макроэлементом клетки, содержится в ней в виде иона Ca2+, который входит в состав твердого межклеточного вещества костной ткани. В целом человеческий организм содержит 0,7–1,4 вес. % кальция. Около 99% 5 его количества приходится на костную (которая служит своеобразным буфером для циркулирующих с кровотоком ионов) и зубную ткани, а остальная часть распределяется между различными органами и кровью. Костный матрикс и внеклеточная жидкость непрерывно обмениваются кальцием, при этом за сутки обменивается более 500 ммоль минерала. Общее содержание элемента в клетках тканей может достигать 10 ммоль/кг, причем большая часть из этого количества связана с растворимыми легендами и клеточными мембранами, а также аккумулирована во внутриклеточных депо. Выделяют три состояния внутриклеточного кальция: 1) кальций, локализованный внутри клеточных органелл; 2) кальций хелатированный (ассоциированный с анионом или молекулой цитоплазматического белка); 3) кальций ионизированный (свободный). На баланс кальция в организме заметно влияет состояние невесомости: оно стимулирует переход этого элемента из костей в кровь и затем потерю его с жидкими выделениями. Это приходится учитывать при организации длительных космических полетов. Как показали исследования физиологов, содержащийся в крови ион Ca2+играет важнейшую роль в возбуждении и регулировке работы сердца. Если вырезанное из тела сердце (например, лягушки) омывается близким к солевому составу крови раствором (9 г NaCl, 0,42 – KCl, 0,24 – CaCl2, 0,2 – NaHCO3 и 1 г глюкозы на литр воды), то такое изолированное сердце продолжает работать и вне организма, непрерывно перекачивая омывающий его раствор. Изменение состава этого раствора тотчас сказывается на процессе: введение избытка K+ вызывает ослабление или даже полную остановку сердечной деятельности, избытка Ca2+, наоборот, - ее резкое усиление. Поэтому концентрация кальция в крови может изменяться не более чем на 3% и подвергается жесткому контролю. 6 Таким образом, ион Ca2+ играет роль возбудителя сердечной деятельности. Совместное присутствие K+ и Ca2+ в кровяной жидкости способствует поддержанию нормальной работы сердца, причем увеличением одного иона действие другого может быть полностью или отчасти парализовано. Присутствие в крови ионов кальция важно и еще в одном отношении: как показывает опыт, лишенная их кровь не свертывается на воздухе. Ионы кальция выполняют, следовательно, в организме человека (и любом животном) важнейшую защитную роль, так как при их отсутствии организм погиб бы от малейшей царапины (вследствие истечения кровью). С другой стороны, запасаемую для переливания кровь приходится от них освобождать (путем обработки подходящим ионитом). Интересно также отметить, что соотношение солей кровяной сыворотки (содержащей, в частности, около 0,1 г/л кальция) близко к их соотношению в морской воде, т. е в той среде, в которой, повидимому, зарождалась жизнь. Обмен кальция в организме складывается из трех основных последовательных этапов: всасывание из пищеварительного тракта и поступление его в кровоток; поступление из кровотока в ткани организма (и обратно); экскреция с мочой и калом. Все эти процессы регулируются большим спектром гормональных факторов и биологически активных веществ. К классическим регуляторам кальциевого обмена относятся кальцит иол, паратгормон и кальцитонин. Изучаются и новые гормоноподобные факторы, влияющие на гомеостазис элемента, например Клото. Кроме того, уровень кальция в крови может изменяться под влиянием тяжелых металлов. Известно, что двухвалентные металлы способны к так называемой «мимикрии» или подражанию действию кальция и могут вытеснять его в некоторых физиологических процессах, а также использовать его специфические транспортные системы для проникновения в клетку. 1.3. Функции кальция в организме 7 Учеными подсчитано, что в норме на каждый кг веса человека приходится около 20 г кальция, и 98% этого количества содержатся в костно-суставных тканях. Об этом знают все, а вот что делают остальные 2% кальция, находящиеся в мягких тканях, крови, межклеточной жидкости? Функции этого микроэлемента, следующие: 1. Обеспечивает прочность костей, в том числе зубов, и хрящевой ткани. 2. Регулирует силу сердечных сокращений, их ритм. 3. Нормализует артериальное давление. 4. Обеспечивает прочность стенки сосудов. 5. Участвует в холестериновом обмене, способствует выведению «плохого» холестерина из организма. 6. Поддерживает нормальное функционирование нервной системы. 7. Участвует в образовании гормонов щитовидной железы и других эндокринных органов. 8. Участвует в процессе кроветворения и свертывания крови. 9. Способствует укреплению клеточных мембран. 10.Снижает активность попадающих в организм аллергенов. 11.Обеспечивает хорошее состояние кожи, ногтей, волос. 12.Принимает участие в формировании клеточного иммунитета, образовании антител. Это лишь основные функции кальция. Он также входит в состав многих ферментов, участвующих в обмене веществ. 1.4. Недостаток и избыток кальция Кости, зубы, творог, мел. Что объединяет эти слова? Все они содержат кальций. Если у вас выпадают волосы, ногти ломаются, руки-ноги «выкручивает», спину «ломит»; повышенная чувствительность зубов, спина начала горбиться -возможно в ваш организм поступает недостаточно кальция. 8 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. Признаками нехватки кальция в организме являются такие, на первый взгляд, не связанные между собой симптомы: нервозность, ухудшение настроения; учащённое сердцебиение; судороги, онемение конечностей; замедление роста и детей; повышенное артериальное давление; расслоение и ломкость ногтей; боль в суставах, понижение «болевого порога»; обильные менструации. 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. Вот именно по этим причинам нам необходимо постоянно пополнять запасы этого жизненно важного для нас элемента. 9 Избыток кальция, который может возникнуть при чрезмерном употреблении молочных продуктов или неконтролируемом приёме препаратов, характеризуется сильной жаждой, тошнотой, рвотой, потерей аппетита, слабостью и усиленным мочеотделением. 1.5 Признаки дефицита кальция Кальций необходим нашему организму, он циркулирует в нашей крови, хранится в наших костях. Уровень кальция в крови отлично саморегулируется, но если его уровень слишком низкий в связи с низким содержанием кальция в рационе или дефицитом, вызванным какой-либо болезнью, то он высвобождается из костей. Вот почему большинство симптомов дефицита кальция, относятся к мягкости или хрупкости костной ткани (например, остеопороз, плохое здоровье зубов). Признаки недостаточности кальция обычно не проявляются острыми состояниями, а представляют собой некоторые долгосрочные проблемы: 1. Частые переломы. 2. Кариес зубов (конечно, он связан с плохой гигиеной полости рта, но недостаток кальция может способствовать его развитию, особенно у детей и беременных женщин). 1 Рахит у детей – вызывает смягчение и ослабление костей у детей, как правило, из-за экстремальной и продолжительной недостаточности витамина D, который помогает в усвоении кальция. 2 Остеопатия или остеопороз (особенно у пожилых людей). 3 Высокое кровяное давление (люди, которые не получают достаточно кальция, находятся в зоне более высокого риска развития гипертонии, доказано, что кальций может помочь немного снизить кровяное давление). 4 Избыточный вес – было доказано, что потребление молочных продуктов с высоким содержанием кальция и низким содержанием жира, может способствовать потере веса или поддержанию здорового веса. 10 5 Покалывание и онемение в пальцах – может указывать на серьезный дисбаланс кальция, который часто ассоциируется с другими клиническими проблемами, такими как гипопаратиреозом. 6 Вялость. 7 Мышечные судороги. 8 Аномальные сердечные ритмы. 1.6 Заболевания, вызываемые дефицитом кальция в организме человека Недостаточное поступление в организм кальция может иметь серьезные последствия, одно из самых опасных - снижение плотности и прочности костной ткани и развитие остеопороза, что приводит к повышению риска переломов. В Российской Федерации 14 млн человек (10% населения страны) страдают остеопорозом, еще 20 млн имеют остеопатию. К другим неприятным последствиям дефицита кальция относятся ухудшение состояния зубов, волос и ногтей, появление судорог в мышцах и нарушение их сократимости (снижение тонуса), возможны нарушения процессов свертывания крови и работы иммунной системы. Особо опасно недостаточное потребление кальция в детском возрасте – это может приводить к задержке роста и развития ребенка, деформации (искривлению) конечностей и позвоночника и формированию неправильной осанки. В настоящее время низкая минеральная плотность костной ткани регистрируется у 29–59%, а замедление темпов созревания скелета и недостаточная минерализация костной ткани - у 70% школьников. Помимо обеспечения организма достаточным количеством кальция, необходимо принимать во внимание, что на его усвоение оказывает существенное влияние множество факторов. Ключевым фактором, влияющим на всасывание кальция, является витамин Д - он обеспечивает активный транспорт кальция через стенку тонкой кишки. Показано, что при отсутствии витамина Д путем пассивного всасывания абсорбируется только 10– 15% кальция, принятого с пищей. 11 Важную роль в усвоении кальция играет фосфор. Всасыванию кальция также способствуют белковая пища, лимонная кислота и лактоза. Затрудняют всасывание кальция и нарушают его утилизацию избыточное содержание в пище фитиновой кислоты (которой богаты злаки), неорганических фосфатов, жирных и щавелевой кислот. К нарушению всасывания кальция также могут приводить воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта. 1.7 Источники кальция И так мы подошли к интересной главе, ведь продукты питания — это важная и нужная тема для здоровья нашего организма. Давайте рассмотрим, какие продукты содержат кальций. Хочу добавить, что у кальция есть, еще одна особенность он усваивается по-разному и для усвоения организмом нужны определенные условия. Настоящими друзьями кальция являются витамины D и фосфор, поэтому сбалансированное, разнообразное питание, и занятия спортом на свежем воздухе помогут нашему организму усвоить кальций в нужном количестве. Продукты, содержащие соли кальция в большом количестве: сыр, молоко и молочнокислые продукты. В раннем возрасте полезно употреблять эти продукты для формирования и укрепления скелета. Особенно много полезного макроэлемента в сырах, затем идут творог, молоко и варенец. В день необходимо выпивать не менее литра молока и съедать 150-200 грамм творога. Самое большое содержание кальция в кунжуте. Поэтому эти семена должны обязательно быть в рационе. В 100 граммах присутствует от 700 до 800 мг кальция. Перед употреблением кунжут обжаривается на сухой сковороде. Затем его можно добавлять в салаты или выпечку. Элемент присутствует во всех видах речных и морских обитателей. Орехи занимают одну из последних позиций. Это обусловлено плохой всасываемостью Ca из орехов. Но содержание минерала высокое – 273 мг на 100 г миндаля. Миндаль, фундук, грецкий орех являются поставщиками Омеги 3, жирных кислот, 12 которые необходимы организму для правильного функционирования. В день необходимо съедать по 2-3 ореха. Бобовые – источники кальция, и в то же время мешают усвоению калия. При их включении в рацион для подъема уровня Ca отдают предпочтение стручковой фасоли. Кальций содержится в овощах и фруктах самое большое содержание имеют чеснок, морковка, яблоки, тыква, дыня и листовые овощи. Исключением являются шпинат и щавель. Отличными поставщиками кальция являются курага и инжир. Их можно употреблять в чистом виде или добавлять в каши, салаты, компот. Достаточно 68 штук в день. Хороший источник энергии – овсянка. Одна съеденная тарелка дает 10 процентов от суточной нормы. Кальция в таком продукте более, чем достаточно. Чаще всего овсяную кашу кушают утром на завтрак. Как мы видим список полезных продуктов состоит из здоровой натуральной пищи. В него не входит кока-кола и чипсы, газированные напитки и фаст-фуд. /приложение 1/ 1.8 Как вымывается кальций из организма? Кальций из организма вымывает фосфорная кислота, которая содержится в газированных напитках. Также к этому приводит чрезмерное потребление соленых продуктов, алкоголь, кофеин, большое количество сахара. Помимо этого, на быструю вымываемость кальция влияют следующие факторы: сидячий образ жизни, хронические стрессы, недостаток физической активности, а также недостаток витамина D, который помогает усвоению кальция. 13 Глава II. Практическая часть 2.1 Опыт №1 «Гибкая косточка» Цель: узнать какую роль играет кальций в костях. Материалы и оборудование: банка с крышкой, уксус (70%), кость. Примечание: Уксусная эссенция- органическое вещество, обладающей агрессивной способностью разрушать воспаленную слизистую оболочку. Техника безопасности с уксусной эссенцией: 1. Не стоит вдыхать уксусную кислоту, ведь она раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей. 2. При случайном попадании уксусной кислоты в организм следует выпить как можно больше жидкости, чтобы промыть желудок. 3. Стараться избегать попадания уксусной кислоты на кожу и не дышать уксусными порами. На первом опыте мы посмотрим, что произойдет с костями, если из них удалить соединения кальция. Для этого я взяла куриную кость, поместила её в банку и залила уксусом. Плотно закрыла банку крышкой и оставила на 7 дней. За это время соли кальция переходят из костей в раствор, тем временем из самого раствора кислотность постепенно уходит. Наблюдения (приложение 2) 1. На следующий день, после того как я залила кость уксусом, она покрылась пузырьками. 14 2. Через 2 дня жир всплыл на поверхность. 3. Через 5 дней вода помутнела и приобрела желтый оттенок. 4. Через 7 дней кость стала «резиновой». Вывод: кости без кальция стали бы гибкими и мягкими. Люди не смогли бы жить с непрочными костями. Поэтому они должны получать норму кальция в источниках продуктов питания. 2.2 Опыт №2 «Резиновое яйцо» Цель: узнать какую роль играет кальций в строении зубов. Материалы и оборудования: пластмассовый контейнер, уксус (70%), яйцо 1шт. Во втором опыте мы посмотрим, что происходит с эмалью зубов, если из неё удалить кальций. Зубы покрыты сверху защитной оболочкой-эмалью, так же, как и яйца покрыты скорлупой, состоящая из соединений кальция. Для этого эксперимента мне понадобится одно сырое яйцо, его я поместила в банку с уксусом и проводила некоторые наблюдения. Наблюдения /приложение 3/ 1. После того как я поместила яйцо в уксус, маркер с магазинного яйца смылся. 2. Через пару часов яйцо покрылось многочисленными пузырьками. 3. На следующий день яйцо увеличилось в размерах. Это значит, что уксус растворяет кальций, из которого состоит скорлупа. 4. На 3 день скорлупа стала мягкой. 5. На 5 день вода помутнела и стала темней. 6. На 7 день скорлупа растворилась и яйцо стало как мячик. Вывод: если скорлупа яйца разрушается под воздействием вредных факторов, то и эмаль наших зубов, если их не чистить, тоже разрушается. Зубы надо чистить два раза в день утром и вечером. 15 Заключение Кальций — это минеральное вещество, которое учувствует во многих процессах в организме человека. Это вещество очень необходимо для развития костей и зубов, кальций предает им прочность. Кальций способствует развитию сердечно-сосудистой системы, участвует в нервных процессах. Особенно важно значение кальция для здоровья детей, при его недостатке развиваются различного рода заболевания: искривление позвоночника, частые простудные заболевания, кариес. На опытах я доказала значение кальция в организме человека: кости без кальция стали бы гибкими и мягкими, утратили бы твердость, которую имеет кальций, вот почему при нехватке у детей искривляется позвоночник, а ум взрослых часто могут случать переломы костей. Также на опыте с яйцом, я доказала значение кальция в строении зубов: эмаль зубов без кальция становится мягкой и уязвимой, что способствует развитию кариеса. Таким образом, чтобы кости и зубы были крепкими и здоровыми, кальций необходим человеку, поэтому важно правильно питаться и чистить зубы пастой с кальцием. 16 Список используемых источников 1. Л. Кондрашова-большая книга вопросов и ответов «Что? Зачем? Почему?» 2. Л. С. Белов-большая энциклопедия знаний. 3. «365 научных экспериментов». 4. Евгений Краснодембский-Общая биология. Пособие для старшеклассников и поступающих в вузы. 5. Д. И. Сорока- Модификация поверхности титановых имплантатов и ее влияние на их физико-химические и биомеханические параметры в биологических средах. Интернет-ресурсы: -www://zdoroviy-dom.tiu.ru -http://stgetman.narod.ru/kalciy.html -http://www.healthtotem.com/ru/coral/role_ru.html -http://www.sunhome.ru/journal/13067 17 Приложение 1 Название Количество кальция в Размер порции в 1 порции (мг) граммах Яйца 30 1 шт. Сардины в масле 235 60 Фасоль 130 200 гр. отварная Молоко 240 200 мл Петрушка и укроп Приблизительно 200 мг 100 Морская капуста 80 Белокочанная, 100 цветная 130 мг 200 капуста, брокколи Шпинат 50 100 Чеснок 180 100 Чернослив 145 120 Курага 65 120 Апельсины 60 150 Миндаль 75 30 Мороженное изготовлен- 125 100 ное из сливок Творог 140 200 18 Приложение 2 19 Приложение 3 20 Приложение 4 21 22 Приложение 5 23
