Istoriya.v.ua

Хімічний елемент ванадій, або ванадіум (V), відіграє значну роль для людини. Він належить до мікроелементів, що виконують низку значущих функцій. уповільнює старіння (у поєднанні з іншими мінералами).

Деякі хіміки називають його ультрамікроелементом, оскільки вміст ванадіуму в організмі надзвичайно низький. І ще один цікавий факт. якій їжі та в яких порціях шукати ванадіум для підтримки гарного самопочуття.

Відкриття ванадіуму

Ванадій – одна з тих хімічних речовин, які вчені відкривали кілька разів. Габріель Сефстрем повторно «відкрив» ванадій і підтвердив висновки дель Ріо про новий мікроелемент. І саме швед назвав новий мікроелемент ім'ям Ванадіум – на честь скандинавської богині краси Ванадіс.

Навіщо людині ванадій

У середньому в тілі дорослої людини міститься від 20 до 25 мг ванадію в різних концентраціях.

Свої депо елемент створює в кістках, жирі, імунних клітинах, печінці та селезінці.У категорію мікроелементів ванадій був зарахований порівняно недавно, так що інформації про нього поки що не так багато, як про інші мікронутрієнти з давнішою історією. Проте, ґрунтуючись на результатах досліджень, вчені переконалися: у людському організмі ванадіуму відведено важливі функції.

• активує частину ферментів;
• сприяє метаболізму кальцію, вуглеводів, ліпідів, катехоламінів (гормонів, що викидаються під час стресу);
• сприяє виробленню деяких гормонів;
• бере участь у формуванні червоних кров'яних тілець;
• посилює сприйнятливість організму до інсуліну у діабетиків 1-го та 2-го типів;
• підвищує витривалість;
• запобігає розвитку атеросклерозу;
• є профілактичним засобом проти деяких видів раку (кісткової тканини, молочної залози, печінки, передміхурової залози);
• захищає від розвитку серцево-судинних патологій;
• зміцнює кістки та зуби;
• знижує рівень "поганого" холестерину;
• регулює глюкозу у крові;
• впливає на концентрацію натрію та калію в організмі;
• необхідний зростання дітей;
• позитивно впливає на функціонування репродуктивної системи.

Добова потреба у ванадіумі

Оскільки ванадій до мікроелементів зарахований нещодавно, вчені ще остаточно не визначили рекомендовану добову дозу. В цілому, вживання речовини в межах від 0,1 до 1 мг на день вважається безпечним та адекватним для задоволення потреб організму. Дотримуючись раціонального та збалансованого харчування, можна забезпечити цю норму. Щоправда, з одержаного з їжею ванадія поглинається лише близько 1 відсотка, решта виводиться. Що, втім, непогано, тому що захищає від отруєння мікроречовиною.

Джерела у продуктах

Високий рівень вмісту ванадію найчастіше зустрічається в овочах та дарах моря.

Гриби, устриці, петрушка та шпинат належать до списку найважливіших джерел мікронутрієнта. У 100 г названих продуктів зберігається більше 0,1 мг корисної речовини. Майже 0,3 мг ванадію є в 100 г цільного зерна, молочних продуктів і дарів моря.

Таблиця вмісту ванадіуму в деяких продуктах

Назва продукту (100 г)	Ванадіум (мкг)
Рис	400
Овес	200
Квасоля	190
Редиска	185
Пшениця, ячмінь (крупа)	172
Гречка, фісташки, салат-латук	170
Горох	150
Картопля	149
Жито	121
Манка	103
Морква	99
Кукурудза	93
Буряк	70
Вишня	25
Абрикос	20
Суниця	9
Груша	5

Також невеликі порції ванадію потрапляють до організму разом із водою. Згідно з деякими джерелами, великі запаси речовини є в бджолиному маточному молочку та меді в стільниках.

Ознаки надлишку

Максимальна добова доза ванадію, за рекомендацією окремих вчених, становить 1,8 мг. Дозу 2-4 мг речовини теоретично вважають летальною.

Однак дослідження продовжуються, і дані ще можуть бути переглянуті. Тому важливо приймати ванадіум з обережністю, не перевищуючи безпечних кордонів.

Надлишок ванадію в організмі частіше трапляється через погану екологію. Якщо зайві дози мікроелемента і потрапляють в організм, то зазвичай не з їжею, а разом із викидами на металургійних заводах, при виготовленні скла та асфальту. У людей, які працюють на виробництві, можливий розвиток астми, дерматитів, анемії, що є потенційними ознаками надлишку ванадіуму.

Передозування цим мікроелементом може призвести до:

• анемії;
• пошкодження судин;
• зневоднення;
• діареї;
• зеленого нальоту мовою;
• ниркової недостатності;
• ушкоджень печінки, легень;
• нервовим та психічним розладам;
• нудоті;
• втрату апетиту;
• зниження ваги;
• шкірних проблем;
• затримки зростання;
• зниження імунітету.

Ознаки дефіциту

Говорити зі 100-відсотковою впевненістю, що дефіцит ванадію небезпечний для людського організму, поки що зарано. Проте є думка, що нестача цієї мікроречовини провокує:

• ускладнення у діабетиків;
• гіпоглікемію (різке зниження глюкози в крові);
• розвиток онкологічних захворювань;
• схильність до серцево-судинних хвороб;
• підвищення холестерину.

Але важливо відзначити, що лабораторні досліди з винятком ванадію з раціону вчені проводили лише на тваринах. У них дефіцит речовини спричиняв погіршення стану кісткової тканини, хрящів, м'язів, зниження здатності до розмноження. Досвід, проведений на козах, показав: нестача ванадіуму провокує викидні, мертвонародженість, неправильний розвиток плода. Було проведено експеримент і над щурами: після введення до раціону тварин ванадію у них покращилася працездатність щитовидної залози.

Ознаки ванадій-дефіциту у людей лише теорія. Крім того, якщо дотримуватись раціонального харчування, отримати нестачу мікроелемента практично неможливо. Виняток – порушення функції травлення та проблеми із всмоктуванням корисних речовин.

Взаємодія ванадію з іншими елементами

Важливо знати, що хром та білок здатні послаблювати токсичну дію ванадіуму, а залізо, алюміній та аскорбінова кислота – навпаки, посилювати його вплив на організм. Саме тому для швидкого виведення великої дози ванадіуму з організму варто застосовувати препарати, що містять хром та етилендіамінтетраоцтову кислоту (нейтралізує негативний вплив важких металів).

Ванадій – нова поживна речовина у групі мікроелементів.Вченим належить провести ще багато досліджень, перш ніж робити будь-які гучні заяви. Хоча вже зараз зрозуміло, що ванадіум грає певну роль підтримки здоров'я людини.

Більше свіжої та актуальної інформації про здоров'я на нашому каналі у Telegram. Підписуйтесь: https://t.me/foodandhealthru

Спеціальність: терапевт, невролог.

Загальний стаж: 5 років.

Місце роботи: БУЗ ГО «Корсаківська ЦРЛ».

Освіта: Орловський державний університет імені І.С. Тургенєва.

Звідки ім'я у ванадія? Від скандинавської богині краси Ванадіс. Взагалі її звуть Фрейя, прізвисько Ванадіс, «Діва ванів», вона отримала тому, що її батько Ньорд був з племені богів ванів, які віддали його в заручники своїм противникам – богам асам. Як неважко здогадатися, відкрили ванадій у Скандинавії. Під час бурхливого розвитку європейської промисловості після наполеонівських війн сталь почали плавити у багатьох країнах, наприклад у Швеції, де було відкрито родовища залізняку і засновано кілька металургійних виробництв. І чомусь в одних печах у шведів виходила чудова сталь — міцна, але ковкаючи, а в інших гарній сталі не виходило. Металурги звернулися за допомогою до хіміків, і в 1830 Нільс Габріель Сефстрем знайшов у шлаку тих печей, що давали якісну сталь, новий елемент. Його вдалося виділити як чорного порошку — це був оксид ванадію. А у металевому вигляді його вперше отримали через 39 років складною хімічною реакцією.

Шанс відкрити ванадій до Сефстрема мав мексиканець Андрес Мануель дель Ріо-і-Фернандес: він знайшов новий елемент у свинцевій руді, але засумнівався у своєму відкритті і погодився з припущенням, що це був нещодавно відкритий хром.Працюючи з тією ж мексиканською рудою, Фрідріх Велер у свою чергу знайшов щось незвичайне, і, судячи з записів у лабораторному журналі, це був ванадій; проте хвороба не дозволила Велеру випередити шведського колегу.

Скільки ванадію на Землі? Багато: це 20-й за поширеністю елемент, щоправда, він дуже розсіяний. Цікаво, що у космічному просторі його концентрація у тисячі разів менша; їм збагачені хвости комет, атмосфери гарячих юпітерів та червоних карликів.

Навіщо ванадій металургам? Це один із найважливіших легуючих інструментів. На виробництво ферованадія — сплаву, який додають у сталь, йде більша частина видобутку цього металу. Роль ванадію полягає в тому, що він легко утворює карбіди, які виділяються у вигляді дрібних частинок по межах зерен, причому карбіди дуже стійкі – вони розчиняються при нагріванні вище 550 °. Це забезпечує два ефекти. По-перше, самі по собі тверді частинки на кордоні збільшують її міцність, а отже, і міцність матеріалу. По-друге, сталь набуває міцності при термічній обробці, але будь-яке нагрівання збільшує розмір зерна. Це погано, адже що більше зерно — то нижча міцність: при дворазовому зростанні його розміру вона знижується на 50%. Карбіди тримають кордон і не дають зерну рости, структура при обробці чудово подрібнюється. Тому сталі, в які додано зовсім небагато, кілька десятих часток відсотка ванадію, відрізняються не тільки підвищеною міцністю, але також стійкістю до зношування та великою в'язкістю руйнування.

Скажімо, деталь для опори моста з такої сталі можна зробити меншого розміру без втрати надійності: так вдається знизити вагу конструкцій на 20—30%, не надто збільшивши витрати.Стали з невеликими, в межах одного відсотка, добавками хрому і ванадію служать для виробництва непоганого хромованадієвого інструменту; загрожує. Довго пропрацює і викрутка із сталі. 50ХФА, і автомобільна ресора з неї ж. А з 60Х2ФА роблять великі пружини та ресори.

Що означають ці числа та літери? Числа — вміст вуглецю в сотих частках відсотка: чим його більша, тим вища міцність і менша пластичність, а позначені літерами невеликі добавки — хром та ванадій — гарний вплив вуглецю підсилюють, а погане зменшують Те, що ванадію приписали літеру «Ф», швидше всього пов'язано не з іншим ім'ям Ванадіс, а з тим, що "В" зайнята вольфрамом. «А» позначає термообробку — поліпшення сталі: її загартовують, а потім відігрівають, структура, що виникла при загартуванні, руйнується, подрібнюється, і це дає оптимальний комплекс властивостей. які нагріваються часом до 500°С.

Найважливіший сплав з ванадієм для авіації – це ВТ6, титан з добавками 6% алюмінію і 4,5% ванадія. Цей сплав міцний, легкий, добре зварюється і швидко кристалізується; роблять елементи фюзеляжу літака чи литі деталі, зокрема здатні працювати при нагріванні до 300—450°С.Так, титанові сплави з 8% ванадію дозволяють створити легкі пружини, які конкурують зі сталевими. Ковані вироби з 10% ванадію є опорними конструкціями у фюзеляжі «Боїнга-777», а холоднокатані листи з титану з 15% ванадію — матеріал для авіаційних повітроводів.

Навіщо ванадій у термоядерному реакторі? Він має низький рівень наведеної радіації — у цьому металі при нейтронному опроміненні утворюється мало радіоактивних продуктів. Оскільки термоядерному реакторі виникає величезний потік нейтронів, це важлива якість. Сплави на основі ванадію розглядають як перспективні для виготовлення так званих бланкетів — стінок реактора, в яких енергія термоядерного синтезу перетворюється на тепло, а потім теплоносій відводить її до електрогенератора. Альтернативою є кераміка на основі літію. Літій у цьому контексті з'являється не випадково: він повинен перетворюватися на тритій, який вирушає назад, на реактор. Літієвий бланкет охолоджується гелієм, а ванадієвий – рідким літієм, що циркулює по прокладених у металі каналах; тритій напрацьовується саме у цьому теплоносії. Для розмноження нейтронів потрібен ще й берилій, але є думка, що при використанні ванадій-літієвої системи можна обійтися без цього дефіцитного елемента.

Навіщо ванадій хімікам? Його пентоксид давно служить каталізатором окислення діоксиду сірки під час виробництва сірчаної кислоти. Працює він каталізатором і в органічному синтезі.

За допомогою ванадію можна спробувати очистити продукти горіння органічного палива від оксидів азоту та чадного газу, перетворивши їх на безпечні азот та вуглекислий газ.А можна на підставі супрамолекулярних сполук ванадію зробити дихаючі полімери – здатні оборотно поглинати або виділяти якийсь газ при деформації Передбачається, що такі сполуки знадобляться для селективного очищення газових сумішей.

Що таке ванадієва проточна батарея? Це дуже перспективний вид акумуляторів електрики. В основі їх роботи лежить здатність ванадію змінювати свою ступінь окислення в широких межах – від +2 до +5. судини – резервуари, де зберігаються розчини солей ванадію; в одному його ступінь окислення змінюється від +2 до +3, в іншому від +4 до +5. Насоси прокачують ці розчини між резервуарами і реактором, де йде або одержання заряду, або вироблення електрики. Місткість визначається тільки обсягом резервуарів і нічим іншим. ванадієвої батареї в тому, що, якщо мембрана в реакторі прорветься, нічого страшного не станеться: електроліти, що містять один і той же елемент у різних ступенях окислення, лише прореагують, після чого треба буде долити розчин, що не вистачає. трапляється з літієвими акумуляторами, але й нічого відмивати не доведеться. лише фантазією творця.

Наприклад, португальські інженери з університету Мінью («Energy») вигадали батарею для швидкого заряджання електромобілів і розмістили її у стандартному газгольдері на 20 тисяч літрів.Зазвичай такі балони використовують для автономної газифікації: закопують біля будинку і іноді закачують у них зріджену пропан-бутанову суміш. Батарея вийде, якщо розмістити в газгольдері дві полімерні судини для зберігання електролітів, реактор, насоси та інше необхідне приладдя. Коштує вона в цінах 2016 року 330 тисяч євро, може накопичувати до 405 кВт·год електрики з вихідною потужністю 100 кВ і заправляти 28 електромобілів на день. Заряджають саму батарею від джерел альтернативної енергії або від мережі вночі, коли електрика дешева. За нинішніх цін установка, розрахована на 20 років служби, окупається за 7—9 років.

Навіщо ванадій біотехнологам? У деяких мікробів він входить до складу двох важливих ферментів, нітрогенази та галопероксидази. За допомогою першого ґрунтові бактерії, наприклад Azotobacter, що живе вільно, а не в бульбах на коренях рослин або ціанобактерії з роду Anabaena, утилізують атмосферний азот. Оскільки зазвичай це робить фермент із молібденом та залізом, наявність альтернативного металу розширює біотехнологам поле пошуку ефективного біологічного варіанту реакції Габера — Боша, тобто фіксування азоту без нагрівання та високого тиску. Та ж нітрогеназа може перетворювати чадний газ на вуглеводні — це аналог реакції Фішера — Тропша. Інший ванадієвмісний фермент у червоних, бурих і зелених морських водоростей, а також у деяких тропічних грибів і лишайників виробляє галоген-вуглеводні, у тому числі леткі. Так-так, ті, що руйнують озоновий шар. У гриба фермент з ванадієм виробляє галогеновмісні кислоти, що розкладають лігноцелюлозу (деревину, говорячи по-простому), а водоростям він допомагає боротися з паразитами.

Ще один предмет уваги біологів – організми, здатні накопичувати ванадій. Наприклад, у крові асцидій Phallusia nigra та Ascidia gemmata (це морські організми з класу оболочечників, тобто, по суті, мішечки для відціджування їжі з води) вміст ванадію становить 45 і 350 мМ. Ванадій концентрується у них у спеціальних клітинах крові – ванадоцитах і пов'язаний з білками ванабінами. Інший морський накопичувач ванадію – арктичний багатощетинковий черв'як Perkinsiana littoralis: у його щупальцях 10 мг ванадію на грам сухої ваги. Вважається, що ванадій робить ці органи неїстівними, що дуже важливо, оскільки щупальця висуваються із притулку хробака. Багатий на ванадій і червоний мухомор.

Чи потрібний ванадій медикам? Неясно. Є відомості, що неорганічні та органічні сполуки, що містять ванадій, виявляють дуже серйозну біологічну активність. Наприклад, регулюють аутофагію клітин, уповільнюють зростання, якось взаємодіють зі своїм спадковим апаратом — словом, здаються кандидатами протиракові препарати («Coordination Chemistry Reviews»). Однак таких препаратів поки що немає. Є підозри, що сполуки ванадію дають змогу боротися і з вірусами, і з різними тропічними паразитами. Драматична історія пов'язана із спробами лікувати ванадієм діабет II типу. За цієї хвороби підшлункова залоза виробляє інсулін, але клітини, що переробляють глюкозу, не сприймають інсуліновий сигнал. На початку XX століття було відмічено, що сполуки ванадію знижують рівень глюкози в крові. 1985 року цей ефект надійно зафіксували на щурах.

Потім чверть століття медики у різних клініках ставили невеликі експерименти, у кожному з яких брало участь десять пацієнтів.У більшості дослідів їм давали оксисульфат ванадію (тобто з'єднання чотиривалентного металу, ванадилоксисульфат) у кількості близько 100 мг на день протягом кількох тижнів. Як правило, фіксували зниження глюкози, але в окремих учасників був розлад кишечника. Ефект зберігався через кілька тижнів після закінчення прийому. Було запропоновано механізм дії. Оксисульфат ванадію схожий на фосфат.

Отже, він може вкрастися в довіру до якогось важливого білка, що відгукується на дію сполук фосфору, і обдурить його. Серед таких білків – тирозинфосфатаза PTP1B, яка вимикає інсуліновий рецептор клітин. Вимкнувши цю фосфатазу, ванадій і забезпечує поглинання глюкози з крові.

Натхнена цими успіхами, невадська компанія «Akesis Pharmaceuticals» на чолі з доктором Карлом Ле Белом зважилася на клінічні випробування препарату, що містить органічний комплекс ванадію, ді(етілмальтолато)оксиванадій. Перша фаза пройшла успішно, друга йшла непогано, але в січні 2009 з'ясувалося, що прийом препарату веде до порушень у роботі нирок. Випробування припинили, а компанія доктора Ле Бела розпочала процедуру банкрутства. Ентузіазм після цього зменшився, але вже в 2014 році («American Journal of Epidemiology») група китайських дослідників вивчила аналізи крові півтори тисячі китайців, у яких щойно був діагностований діабет другого типу, і з'ясувала, що вміст ванадію у них дещо менший, ніж у здорових людей Мабуть, цей елемент, надходячи з їжею — петрушкою, чорним перцем, кроповим насінням, морепродуктами, грибами та шпинатом, — певною мірою здатний регулювати рівень глюкози в крові.

Опоненти ж вказують («Food and Chemical Toxicology»), що за всієї перспективності боротьби з діабетом з допомогою ванадієвих таблеток зовсім неясні наслідки прийому цього, отже, отруйного металу. Адже при діабеті препарат доведеться приймати довічно, і ванадій стане накопичуватися в організмі. Дані про токсичність ванадію, втім, нечисленні. Професійний довідник «Шкідливі речовини у промисловості» приділяє увагу головним чином пентоксиду, яким робітники можуть надихатися з виробництва. Відповідно, нормується вміст у пилу, а не в їжі. З їжею людина отримує 2 мг ванадію на день. Зафіксовано його накопичення в кістках, печінці та нирках; через нирки він головним чином виводиться. Вважається, що безпечна доза сечі – 1 мкг/л. У крові ванадій живе не довго: у дослідах із пацієнтами-дибетиками через два тижні після закінчення прийому ванадилсультфату концентрація ванадію в крові впала з 73,3 до 9,5 мкг/л. Треба враховувати і те, що в організм з кишечника потрапляє дуже мало ванадію.

Досліди на тваринах дали більше інформації. Так, коли щурам у шлунок вводили розчин з пентоксидом ванадію, у них виникало блювання та гинули еритроцити. ЛД50 для білих щурів становив 23,4 мг/кг для V₂O₅, 130 мг/кг для V₂O₃. Хосе Домінго з каталонського Університету Ровіра та Віргілі, один із авторів згаданого огляду, розповідав про досліди на щурах-діабетиках, які виявили безліч побічних ефектів від прийому ванадилсульфату – страждали системи кровотворення, розмноження, було знайдено свідчення канцерогенності. Він же зазначає, що питання про токсичність сполук ванадію для людини та їх метаболізм вимагає подальших досліджень.

Втім, доки медики сперечаються, культуристи спокійно запивають тренування розчином солі ванадію. Так, на сайті body-zone.ru прямо написано: «Ванадилсульфат допомагає м'язовим клітинам швидше засвоювати глюкозу, що сприяє швидкому відновленню після тренувань. <. Це високоякісна, популярна харчова добавка, яка розрахована на серйозну роботу над м'язовою масою». Мабуть, ця категорія людей не підозрює про можливу небезпеку тривалого прийому ванадієвої добавки.

Що таке термохромне скло? Це таке скло, яке при нагріванні до певної температури змінює свою прозорість; Воно захистить будівлю з великими вікнами від сильного нагріву в літній день і в той же час дозволить використовувати взимку сонячне нагрівання.

Діоксид ванадію – найкращий неорганічний матеріал для цих цілей. При температурі 68°С він відчуває фазове перетворення і напівпровідника стає провідником. У цьому новому стані він відбиває сонячні промені в далекому інфрачервоному діапазоні, тобто плівка з діоксиду зменшить проникнення крізь скло інфрачервоного сонячного проміння. Однак у чистому вигляді він не годиться: надто велика температура переходу і надто мізерна та частина спектру, де він працює. Матеріалознавці вирішують ці проблеми (Journal of Physics: Conference Series). Так, добавки магнію чи вольфраму знижують температуру переходу до розумних 30-40°С. А добавки наночастинок діоксиду ванадію дозволяють захопити майже весь діапазон теплового випромінювання. Можна сподіватися, що в недалекому майбутньому термохромні стекла з покриттям з діоксиду ванадію з'являться на ринку, і вікна краще захищатимуть нас від спеки і від холоду.