Сера

Сера / Sulphur (S)
Атомный номер	16
Внешний вид простого вещества	светло-желтое хрупкое твердое вещество, в чистом виде без запаха
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	32,066 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	127 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	999,0 (10,35) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s2 3p4
Химические свойства
Ковалентный радиус	102 пм
Радиус иона	30 (+6e) 184 (-2e) пм
Электроотрицательность (по Полингу)	2,58
Электродный потенциал	0
Степени окисления	6, 4, 2, -2
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	2,070 г/см³
Молярная теплоёмкость	22,61 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	0,27 Вт/(м·K)
Температура плавления	386 K
Теплота плавления	1,23 кДж/моль
Температура кипения	717,824 K
Теплота испарения	10,5 кДж/моль
Молярный объём	15,5 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	орторомбическая
Параметры решётки	a=10,437 b=12,845 c=24,369 Å
Отношение c/a	—
Температура Дебая	n/a K

S	16
32,066
[Ne]3s23p4
Сера

Се́ра (Sulphur — обозн. «S» в таблице Менделеева) — высокоэлектроотрицательный элемент, проявляет неметаллические свойства. В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных ионов, образует многие кислоты и соли. Многие серосодержащие соли малорастворимы в воде

Природные минералы серы

Схема атома серы

Сера является шестнадцатым по химической распространенности элементом в земной коре. Встречается в свободном (самородном) состоянии и связанном виде. Важнейшие природные соединения серы FeS2 — железный колчедан или пирит, ZnS — цинковая обманка или сфалерит (вюрцит), PbS — свинцовый блеск или галенит, HgS — киноварь, Sb2S3 — антимонит. Кроме того, сера присутствует в нефти, природном угле, природных газах и сланцах. Сера — шестой элемент по содержанию в природных водах, встречается в основном в виде сульфат-иона и обуславливает «постоянную» жёсткость пресной воды. Жизненно важный элемент для высших организмов, составная часть многих белков, концентрируется в волосах.

История открытия и происхождение названия

Сера (Sulfur, франц. Sufre, нем. Schwefel) в самородном состоянии, а также в виде сернистых соединений известна с древнейших времен. С запахом горящей серы, удушающим действием сернистого газа и отвратительным запахом сероводорода человек познакомился, вероятно, еще в доисторические времена. Именно из-за этих свойств сера использовалась жрецами в составе священных курений при религиозных обрядах. Сера считалась произведением сверхчеловеческих существ из мира духов или подземных богов. Очень давно сера стала применяться в составе различных горючих смесей для военных целей. Уже у Гомера описаны «сернистые испарения», смертельное действие выделений горящей серы. Сера, вероятно, входила в состав «греческого огня», наводившего ужас на противников.

Около VIII в. китайцы стали использовать ее в пиротехнических смесях, в частности, в смеси типа пороха. Горючесть серы, лёгкость, с которой она соединяется с металлами с образованием сульфидов (например, на поверхности кусков металла), объясняют то, что ее считали «принципом горючести» и обязательной составной частью металлических руд. Пресвитер Теофил (XII в.) описывает способ окислительного обжига сульфидной медной руды, известный, вероятно, еще в древнем Египте.

В период арабской алхимии возникла ртутно-серная теория состава металлов, согласно которой сера почиталась обязательной составной частью (отцом) всех металлов. В дальнейшем она стала одним из трех принципов алхимиков, а позднее «принцип горючести» явился основой теории флогистона. Элементарную природу серы установил Лавуазье в своих опытах по сжиганию. С введением пороха в Европе началось развитие добычи природной серы, а также разработка способа получения ее из пиритов; последний был распространен в древней Руси. Впервые в литературе он описан у Агриколы. Таким образом точно происхождение серы не установлено, но как сказано выше этот элемент использовался до Рождества Христова, а значит знаком людям с давних времен.

Происхождение названия

Происхождение латинского sulfur неизвестно. Русское название элемента обычно производят от санскритского «сира» — светло-желтый.

Возможно родство «серы» с древнееврейским «серафим» — множественным числом от «сераф» — букв. сгорающий, а сера хорошо горит. В древнерусском и старославянском «сера» — вообще горючее вещество, в том числе и жир.

Происхождение серы

Большие скопления самородной серы встречаются не так уж часто. Чаще она присутствует в некоторых рудах. Руда самородной серы — это порода с вкраплениями чистой серы.

Когда образовались эти вкрапления — одновременно с сопутствующими породами или позже? От ответа на этот вопрос зависит направление поисковых и разведочных работ. Но, несмотря на тысячелетия общения с серой, человечество до сих пор не имеет однозначного ответа. Существует несколько теорий, авторы которых придерживаются противоположных взглядов.

Теория сингенеза (то есть одновременного образования серы и вмещающих пород) предполагает, что образование самородной серы происходило в мелководных бассейнах. Особые бактерии восстанавливали сульфаты, растворенные в воде, до сероводорода, который поднимался вверх, попадал в окислительную зону и здесь химическим путем или при участии других бактерий окислялся до элементарной серы.

Сера осаждалась на дно, и впоследствии содержащий серу ил образовал руду.

Теория эпигенеза (вкрапления серы образовались позднее, чем основные породы) имеет несколько вариантов. Самый распространенный из них предполагает, что подземные воды, проникая сквозь толщи пород, обогащаются сульфатами. Если такие воды соприкасаются с месторождениями нефти или природного газа, то ионы сульфатов восстанавливаются углеводородами до сероводорода. Сероводород поднимается к поверхности и, окисляясь, выделяет чистую серу в пустотах и трещинах пород.

В последние десятилетия находит все новые подтверждения одна из разновидностей теории эпигенеза — теория метасоматоза (в переводе с греческого «метасоматоз» означает замещение). Согласно ей в недрах постоянно происходит превращение гипса CaSO4-h3O и ангидрита CaSО4 в серу и кальцит СаСО3.

Данная теория создана в 1935 году советскими учеными Л. М. Миропольским и Б. П. Кротовым. В ее пользу говорит, в частности, такой факт.

 

В 1961 году в Ираке было открыто месторождение Мишрак. Сера здесь заключена в карбонатных породах, которые образуют свод, поддерживаемый уходящими вглубь опорами (в геологии их называют крыльями). Крылья эти состоят в основном из ангидрита и гипса. Такая же картина наблюдалась на отечественном месторождении Шор-Су.

 

Геологическое своеобразие этих месторождений можно объяснить только с позиций теории метасоматоза: первичные гипсы и ангидриты превратились во вторичные карбонатные руды с вкраплениями самородной серы. Важно не только соседство минералов — среднее содержание серы в руде этих месторождений равно содержанию химически связанной серы в ангидрите. А исследования изотопного состава серы и углерода в руде этих месторождений дали сторонникам теории метасоматоза дополнительные аргументы.

 

Но есть одно «но»: химизм процесса превращения гипса в серу и кальцит пока не ясен, и потому нет оснований считать теорию метасоматоза единственно правильной. На земле и сейчас существуют озера (в частности, Серное озеро близ Серноводска), где происходит сингенетическое отложение серы и сероносный ил не содержит ни гипса, ни ангидрита.

 

Разнообразие теорий и гипотез о происхождении самородной серы — результат не только и не столько неполноты наших знаний, сколько сложности явлений, происходящих в недрах. Еще из элементарной школьной математики все мы знаем, что к одному результату могут привести разные пути. Этот закон распространяется и на геохимию.

Получение

 

Серу получают главным образом выплавкой самородной серы непосредственно в местах её залегания под землей. Серные руды добывают разными способами — в зависимости от условий залегания. Залежам серы почти всегда сопутствуют скопления ядовитых газов — соединений серы. К тому же нельзя забывать о возможности ее самовозгорания.

 

Добыча руды открытым способом происходит так. Шагающие экскаваторы снимают пласты пород, под которыми залегает руда. Взрывами рудный пласт дробят, после чего глыбы руды отправляют на сероплавильный завод, где из концентрата извлекают серу.

 

В 1890 г. Герман Фраш, предложил плавить серу под землей и через скважины, подобные нефтяным, выкачивать ее на поверхность. Сравнительно невысокая (113°C) температура плавления серы подтверждала реальность идеи Фраша. В 1890 г. начались испытания, приведшие к успеху.

 

Известно несколько методов получения серы из серных руд: пароводяные, фильтрационные, термические, центрифугальные и экстракционные.

Также сера в больших количествах содержится в природном газе в газообразном состоянии (в виде сероводорода, сернистого ангидрида). При добыче она откладывается на стенках труб и оборудования, выводя их из строя. Поэтому её улавливают из газа как можно быстрее после добычи. Полученная химически чистая мелкодисперсная сера является идеальным сырьём для химической и резиновой промышленности.

Крупнейшее месторождение самородной серы вулканического происхождения находится на острове Итуруп с запасами категории A+B+C1 — 4227 тыс. тонн и категории C2 — 895 тыс. тонн, что достаточно для строительства предприятия мощностью 200 тыс. тонн гранулированной серы в год.

Производители

Основными производителями серы в России являются предприятия ОАО Газпром: ООО Газпром добыча Астрахань и ООО Газпром добыча Оренбург, получающие ее как побочный продукт при очистке газа.

Физические свойства

Природный сросток кристаллов самородной серы

Сера существенно отличается от кислорода способностью образовывать устойчивые цепочки и циклы из атомов серы. Наиболее стабильны циклические молекулы S₈, имеющие форму короны, образующие ромбическую и моноклинную серу. Это кристаллическая сера — хрупкое вещество желтого цвета. Кроме того, возможны молекулы с замкнутыми (S4, S6) цепями и открытыми цепями. Такой состав имеет пластическая сера, вещество коричневого цвета. Формулу пластической серы чаще всего записывают просто S, так как она, хотя и имеет молекулярную структуру, является смесью простых веществ с разными молекулами. В воде сера нерастворима, некоторые её модификации растворяются в органических растворителях, например сероуглероде. Серу применяют для производства серной кислоты, вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. Также сера в составе серобитумных композиций применяется для получения сероасфальта, а в качестве заместителя портландцемента — для получения серобетона.

Химические свойства

Горение серы

При комнатной температуре сера реагирует со фтором и хлором, проявляя восстановительные свойства:
S + 3F₂ = SF₆
S + Cl₂ = SCl₂
С концентрированными кислотами-окислителями (HNO₃, H₂SO₄) сера реагирует только при длительном нагревании, окисляясь:

S + 6HNO₃(конц.) = H₂SO₄ + 6NO₂ ↑ + 2H₂O
S + 2H₂SO₄(конц. ) = 3SO₂ ↑ + 2H₂O

На воздухе сера горит, образуя сернистый ангидрид — бесцветный газ с резким запахом:
S + O₂ = SO₂

С помощью спектрального анализа установлено, что на самом деле процесс окисления серы в двуокись представляет собой цепную реакцию и происходит с образованием ряда промежуточных продуктов: моноокиси серы S₂O₂, молекулярной серы S₂, свободных атомов серы S и свободных радикалов моноокиси серы SO.

При взаимодействии с металлами образует сульфиды. 2Na + S = Na₂S

При добавлении к этим сульфидам серы образуются полисульфиды: Na₂S + S = Na₂S₂

При нагревании сера реагирует с углеродом, кремнием, фосфором, водородом:
C + 2S = CS₂ (сероуглерод)

Сера при нагревании растворяется в щёлочах — реакция диспропорционирования
3S + 6KOH = K₂SO₃ + 2K₂S + 3H₂O

Пожароопасные свойства серы

Тонкоизмельченная сера склонна к химическому самовозгоранию в присутствии влаги, при контакте с окислителями, а также в смеси с углем, жирами, маслами. Сера образует взрывчатые смеси с нитратами, хлоратами и перхлоратами. Самовозгорается при контакте с хлорной известью.

Средства тушения: распыленная вода, воздушно-механическая пена.

Обнаружение горения серы является трудной проблемой. Пламя сложно обнаружить человеческим глазом или видеокамерой, спектр голубого пламени лежит в основном в ультрафиолетовом диапазоне. Горение происходит при низкой температуре. Для обнаружения горения тепловым извещателем необходимо размещать его непосредственно близко к сере. Пламя серы не излучает в инфракрасном диапазоне. Таким образом оно не будет обнаружено распространенными инфракрасными извещателями. Ими будут обнаруживаться лишь вторичные возгорания. Пламя серы не выделяет паров воды. Таким образом детекторы ультрафиолетовых извещателей пламени, использующие соединения никеля, не будут работать.

Для эффективного обнаружения пламени рекомендуется использовать ультрафиолетовые извещатели с детекторами на основе молибдена. Они имеют спектральный диапазон чувствительности 1850…2650 ангстрем, который подходит для обнаружения горения серы.

Так как воздух по объему состоит приблизительно из 21 % кислорода и 79 % азота и при горении серы из одного объема кислорода получается один объем SO2, то максимальное теоретически возможное содержание SO2 в газовой смеси составляет 21 %. На практике горение происходит с некоторым избытком воздуха и объемное содержание SO2 в газовой смеси меньше теоретически возможного составляя обычно 14…15 %.

Горение серы протекает только в расплавленном состоянии аналогично горению жидкостей. Верхний слой горящей серы кипит, создавая пары, которые образуют слабосветящееся пламя высотой до 5 см. Температура пламени при горении серы составляет 1820 °C

Пожары на складах серы

В декабре 1995 года на открытом складе серы предприятия, расположенного в городе Сомерсет Вест Западной Капской провинции Южно-Африканской Республики произошел крупный пожар, погибли два человека.

16 января 2006 г. около пяти вечера на череповецком предприятии «Аммофос» загорелся склад с серой. Общая площадь пожара — около 250-ти квадратных метров. Полностью ликвидировать его удалось лишь в начале второго ночи. Жертв и пострадавших нет.

15 марта 2007 рано утром на ООО «Балаковский завод волоконных материалов» произошел пожар на закрытом складе серы. Площадь пожара составила 20 кв.м. На пожаре работало 4 пожарных расчета с личным составом в 13 человек. Примерно через полчаса пожар был ликвидирован. Никто не пострадал.

4 и 9 марта 2008 года произошло возгорание серы в Атырауской области в хранилище серы ТШО на Тенгизском месторождении. В первом случае очаг возгорания удалось потушить быстро, во втором случае сера горела 4 часа. Объём горевших отходов нефтепереработки, к каковым по казахстанским законам отнесена сера, составил более 9 тысяч килограммов.

В апреле 2008 недалеко от поселка Кряж Самарской области загорелся склад, на котором хранилось 70 тонн серы. Пожару была присвоена вторая категория сложности. К месту происшествия выехали 11 пожарных расчетов и спасатели. В тот момент, когда пожарные оказались около склада, горела еще не вся сера, а только ее небольшая часть — около 300 килограммов. Площадь возгорания вместе с участками сухой травы, прилегающими к складу, составила 80 квадратных метров. Пожарным удалось быстро сбить пламя и локализовать пожар: очаги возгорания были засыпаны землей и залиты водой.

В июле 2009 в Днепродзержинске горела сера. Пожар произошел на одном из коксохимических предприятий в Баглейском районе города. Огонь охватил более восьми тонн серы. Никто из сотрудников комбината не пострадал.

«Норникель» и Минобороны России построят универсальный спортивный комплекс

«НорникельПубличное акционерное общество «Горно-металлургическая компания «Норильский никель» и его дочерние компанииПерейти к словарю» и Минобороны России заключили соглашение о строительстве в Москве универсального спортивного комплекса. В его состав войдет баскетбольный центр, который станет домашней ареной для баскетбольного клуба ЦСКА (ПБК ЦСКА, входит в группу «Норникель»).

Визуализация будущей домашней арены ПБК ЦСКА

Общая площадь нового спортивного комплекса на Ленинградском проспекте составит около 55 000 м². Помимо баскетбольной арены (на нее приходится около половины площади), в него войдут объекты, предназначенные для нужд федерального автономного учреждения Минобороны России ЦСКА.

Завершение строительства запланировано на конец 2023 г.

Будущая домашняя арена ПБК ЦСКА — это единственный в Москве специализированный баскетбольный центр, отвечающий требованиям проведения баскетбольных матчей Международной федерации баскетбола (International Basketball Federation, FIBA). По плану его вместимость составит 5 000 зрителей. В проекте будут учтены все самые современные инженерные и технологические решения мирового уровня. В частности, предусмотрена трансформация трибун для проведения соревнований международного уровня по различным видам спорта, а также концертных и развлекательных мероприятий.

«Лучший баскетбольный клуб страны получит достойную его домашнюю арену — современную, функциональную и красивую. Это позволит ПБК ЦСКА обеспечить эффективный тренировочный процесс и повысить качество управления клубом. В выигрыше будет не только команда, но и ее болельщики, а также все любители спорта. Мы уверены, что наш комплекс станет новой точкой притяжения на спортивной карте Москвы», — прокомментировал президент «Норникеля» Владимир Потанин.

Президент «Норникеля» В.Потанин и министр обороны РФ С.Шойгу на церемонии подписания соглашение о строительстве спорткомплекса ЦСКА в Москве

В комплексе будет размещена офисно-тренировочная база баскетбольного клуба ЦСКА, включая отдельную просторную раздевалку, тренажерный зал и медицинско-восстановительный центр.

При подготовке архитектурно-градостроительных решений будет проработан вопрос развития улично-дорожной сети, а также учтены существующие и прогнозируемые показатели транспортного и пешеходного потоков, в том числе в периоды проведения соревнований и пиковых нагрузок.

Кроме баскетбольной арены в спортивный комплекс войдут объекты федерального автономного учреждения Минобороны России ЦСКА: плавательный бассейн, батутно-акробатический зал, залы спортивной гимнастики и единоборств.

Справочно

ПБК ЦСКА — самая титулованная российская команда в игровых видах спорта, действующий чемпион Единой лиги ВТБ. Армейцы являются одним из лидеров европейского баскетбола, они приняли участие в 17 из 18 предыдущих «Финалов четырех» Евролиги, выиграв на этом отрезке четыре континентальных титула.

В сезоне-2021/2022 ЦСКА продолжает участвовать в сильнейших европейских клубных турнирах. В настоящий момент команда занимает седьмое место в регулярном чемпионате Евролиги и третье — в первенстве Единой лиги ВТБ.

Сера | справочник Пестициды.ru

Содержание:

• Физические и химические свойства
• Содержание в природе
• Содержание серы в различных типах почв
• Сульфофиксация
• Круговорот серы в почве
• Торфяные почвы, солонцы и солончаки
• Супесчаные и песчаные почвы Нечерноземной зоны
• Дерново-подзолистые почвы
• Роль в растении
• Биохимические функции
• Основные функции серы
• Формы и соединения серы в тканях растений
• Источники питания серой
• Недостаток (дефицит) серы в растениях
• Избыток серы
• Симптомы избытка:
• Капуста и другие крестоцветные, злаковые
• Содержание серы в различных соединениях
• Способы применения
• Эффект от применения серосодержащих удобрений
• Кукуруза, кормовая брюква, кормовая капуста, бобовые травы, люпин
• Озимая пшеница (зерна), озимая рожь, ячмень, овес, семена клевера, клубни картофеля, корни брюквы, турнепс

Этот элемент можно добыть не только путем сложных химических реакций, но и непосредственно из мест его природного скопления в горных породах и геологических отложениях. По этой причине люди были знакомы с серой еще задолго до того, как они начали понимать, что это такое. На протяжении своей древней истории сера очень часто применялась при совершении различных обрядов, в том числе, и религиозных. Куски самородной серы использовали экзорцисты, изгоняющие бесов, а серным дымом окуривали помещения храмов. Согласно легенде, даже Одиссей, вернувшись домой из дальних странствий, перво-наперво приказал окурить свое жилище серой. Во времена Средневековья алхимики считали, что любой металл состоит из серы и ртути, причем, чем меньше серы в нем содержится, тем он лучше и благородней.

Серу находили во множестве минеральных источников. Один из таких есть в Новой Зеландии; из-за присутствия соединений серы и особого состава обитающих там водорослей вода в нем имеет ядовито-зеленый цвет. Естественно, еще с незапамятных времен этому источнику дали зловещее название «Ванна Дьявола»…

Словом, сера как элемент и как химическое вещество длительное время была окружена многочисленными домыслами. И лишь в XIII-XIV веке, когда ее стали целенаправленно использовать в опытах при получении других соединений, она стала выглядеть в глазах человека куда менее загадочно. Киноварь и порох стали первыми примерами практического применения серы. Сейчас же спектр ее использования расширился еще больше: она необходима для изготовления серной кислоты, вулканизации каучука и протекания других реакций органического синтеза, в производстве красителей, сельскохозяйственных удобрений, реактивов для проведения лабораторных проб и др.^[7]

Кристаллы серы

Кристаллы серы

---

Использовано изображение:^[10]

Физические и химические свойства

Сера (Sulfur), S – элемент главной подгруппы VI группы периодической системы Менделеева. Атомный номер – 16, атомная масса – 3,07.

Сера при обычных условиях – хрупкие кристаллы желтого цвета.

• Плотность – 2,07 г/см³,
• Температура плавления – +112,8 °С,
• Температура кипения – +444,6 °С.

Сера нерастворима в воде, однако хорошо растворяется в сероуглероде и бензоле. При испарении данных жидкостей можно получить ромбическую серу, кристаллы которой имеют форму октаэдров со срезанными углами или ребрами.

Встречается также моноклинная модификация серы с температурой плавления + 119,3 °С и плотностью 1,96 г/см³. Она устойчива только при температуре выше +96 °С. При более низкой температуре превращается в ромбическую серу.

Различия в свойствах кристаллических модификаций вызваны неодинаковой структурой кристаллов.

Сера обладает свойствами типичных неметаллов. Со многими металлами сера способна соединяться непосредственно. Реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты. Сера вступает в реакции соединения и со всеми неметаллами, но гораздо труднее, чем с металлами.^[3]

Сера – фунгицид и акарицид

Содержание в природе

В природе сера встречается и в свободном состоянии, и в различных соединениях.

Широко распространены соединения серы с различными металлами. Многие из них считаются ценными рудами (свинцовый блеск, цинковая обманка, медный блеск) и являются источниками получения цветных металлов.^[3]

Сера принадлежит к широко распространенным в природе элементам. Встречается в горных породах, минералах, углях, нефти, почвах, присутствует и содержится во всех живых организмах. В геологических отложениях насчитывается около 40 минералов группы сульфидов и столько же минералов группы сульфатов.

В глубоких горизонтах почвы сера представлена в форме пирита, марказита; в сульфатах – в сочетаниях со щелочными и щелочноземельными металлами.^[2]

Содержание серы в различных типах почв

Главным источником серы в почвах служат почвообразующие породы. Среднее содержание серы в почве составляет 0,04 %, реже это значение достигает 0,2–0,3 %. В верхних горизонтах серы содержится больше, поскольку она входит в состав перегнойных кислот.

Сульфофиксация

До 80–90 % серы в почве присутствует в органических формах, а 10–20 % – в минеральных. Как правило, это сульфаты калия, натрия, кальция и магния.

Большое количество серы поступает в почву с атмосферными осадками. В форме органических соединений сера совершает долгий путь в цикле почвообразования и становится доступной растениям при разложении органических веществ и образовании минеральных соединений.^[1] Этот процесс и называют сульфофикацией. Он имеет сезонный характер – минимальный весной, максимальный летом и затихающий к осени. Высвобождение серы идет в том же соотношении, в котором она находится в органических остатках и гумусе.^[5]

Потребность с/х культур в сере и симптомы её недостатка, согласно данным:[6][5]
Культура	П	Симптомы недостатка
Бобовые	В	Вся листовая пластинка молодых листьев, в том числе жилки, светло-зеленой или желтой окраски; На поздних стадиях старые листья желтеют; Содержание белков низкое
Горчица	В	Замедление развития растений; Уменьшение размера листьев, стебли удлиняются, листья и черешки деревянистые; В отличие от азотного голодания, при серном  листья не отмирают, хотя цвет их становиться бледным
Капуста и другие крестоцветные	В	Замедляется развитие растений; Уменьшается размер листьев, стебли удлиняются, листья и черешки деревянистые; В отличие от азотного голодания, при серном  листья не отмирают, хотя цвет их становиться бледным
Томаты	В	Нижние листья  желтовато-зеленые; Стебли  твердые, деревянистые; Корневая система  хорошо развита в длину и сильно ветвится, но диаметр корней и стеблей мал; Стебли томатов  удлиняются без увеличения диаметра; В растении много углеводов и иногда азота
Огурцы	В	Рост растений ограничен; Листья маленькие, загнуты вниз, бледно-зеленые до желтого,  на старых листьях желтизны меньше; Края молодых листьев зазубрены

Круговорот серы в почве

Растения перехватывают минеральную серу и возвращают в верхние слои почвы снова в виде органических веществ. Таким образом, совершается непрерывное преобразование форм серы в процессах обмена веществ между растениями и почвой.^[2]

Содержание сульфатов в почве меняется в течение сезона. Больше всего сульфатов в почве в летнее время. Именно тогда, когда минерализация (сульфофикация) идет наиболее активно.^[1]

отличаются большим содержанием серы. часто бедны по содержанию соединений серы.^[5]характеризуются наличием доступной для растений сульфатной серы в количестве от 30 до 90 кг/га. Дефицит серы в данном типе почв ощутим на легких малогумусных и переувлажненных почвах.^[1]

Роль в растении

Биохимические функции

Сера активно участвует в окислительно-восстановительных процессах, активировании энзимов, белковом обмене. Она способствует фиксации азота из атмосферы путем усиления образования клубеньков у бобовых.^[5]

Сера является составной частью белков и содержится в важнейших аминокислотах – цистине и метионине. Встречается данный элемент и в других органических соединениях – в аллил-горчичном масле из горчичных семян, в чесночном масле. Сера входит также в состав гликозидов, витамина В, биотина, некоторых антибиотиков (пенициллина).^[2]

Важнейшее соединение, содержащее серу и участвующее в окислительно-восстановительных реакциях – глутатион. В его состав сера входит в виде производного цистина – цистеина. Цистин содержит серу в виде дисульфидной группы, цистеин – в виде сульфгидрильной.^[2]

В растущих органах растений с преобладанием синтетических процессов сера обнаруживается в восстановленной форме. По мере старения, когда процессы гидролиза начинают преобладать над процессами синтеза, в растении возрастает количество окисленной формы соединений серы.^[5]

Сера поглощается растениями из почвы только в виде аниона серной кислоты (в окисленной форме). Однако во всех выше указанных соединениях она содержится в восстановленной форме (восстановителями сульфатов в растениях выступают углеводы). И именно в таком виде элемент участвует в окислительно-восстановительных процессах, связанных с дыханием.^[2]

С органическими веществами сера связана дисульфидной (-S-S-) или сульфгидрильной (-SH) группами. Эти группы выполняют важные функции в процессе окислительно-восстановительных реакций. В частности, сульфгидрильная группа при окислении теряет водород и превращается в дисульфидную группу.^[5]

Источником питания серой для растений служат соли серной кислоты. Частично сера в виде сернистого газа (SO₂) поглощается растениями из воздуха. Окисленная форма серы – исходный продукт для синтеза белков. Эта же форма является и конечным продуктом при распаде белковой молекулы.^[5]

Дефицит серы

Дефицит серы

---

1 — у табака, 2 – у пшеницы (справа)

Использованы изображения:^[9][8]

Недостаток (дефицит) серы в растениях

Недостаток серы приводит к задержке синтеза белков, поскольку затрудняется образование аминокислот, содержащих данный элемент. Из-за этого визуальные проявления недостаточности серы похожи на признаки азотного голодания: замедляется развитие растений, уменьшается размер листьев, стебли удлиняются, листья и черешки становятся деревянистыми. В отличие от азотного голодания, при серном листья не отмирают, хотя их цвет становится бледным.

Установлено, что бобовые и крестоцветные не испытывают недостатка в сере, если в почве содержится сульфатов более 11–14 мг/кг, злаковые – если более 7 мг/кг.^[5]

Избыток серы

Избыток серы в почве незначительно снижает урожайность растений из семейства крестоцветных. Так же он влияет и на злаковые. Урожайность злаковых снижается значительнее, чем крестоцветных. Визуально наблюдается общее огрубение растений, листья мельчают, края их становятся коричневыми, затем бледно-желтыми.^[6]

Симптомы избытка:

:

• Снижается урожай,
• Общее огрубение растений,
• Листья маленькие, тускло-зеленые, стебли твердые, поздние листья скручиваются внутрь и покрываются наростами,
• Края коричневые, позднее – бледно–желтые.

Содержание серы в различных соединениях

Чистая сера – слишком дорогой продукт для использования в качестве удобрения в больших количествах. Но в районах расположения месторождений серы с недостаточным процентом элемента для использования в промышленности серные породы служат удобрением.^[2]

В основном для устранения серной недостаточности используются серосодержащие удобрения:

1. Простой суперфосфат (20 % P₂O₅, 13 % S). С ним на поля поступает преобладающее количество серы. В связи с тем, что потребность в фосфоре и сере приблизительно одинакова, при внесении данного удобрения удовлетворяется и потребность в сере.
2. Сульфат аммония (21 % N, 24 % S) – второе место по снабжению почвы серой.
3. Сернокислый калий (48 % K₂O, 17,6 % S) и калимагнезия (28 % K₂O, 18,3 % S) – калийные, бесхлорные удобрения. Применяются в ограниченном количестве и поэтому играют небольшую роль в обеспечении почв серой.
4. Гипс (18,6 % S) хорошо доступен растениям. Представляет собой быстродействующую нейтральную сернокислую соль кальция.
5. Фосфогипс (22 % S) – отходы химических заводов, выпускающих двойной суперфосфат. Подобен гипсу по составу, но включает в себя примеси фосфора и других элементов. Служит серосодержащим удобрением местного значения. Его недостаток – влажность 30–35 %.
6. Сульфат магния содержит 28–30 % серы. Данное удобрение используется в закрытом грунте.^[4]
7. Полисульфид аммония – темная, красно-бурая, до черного цвета жидкость. Содержит около 20 % азота и 40 % серы.
8. Тиосульфат аммония – жидкость красноватого цвета, содержит 12 % азота и 26 % серы.^[2]
9. Навоз – содержит серу в количестве до 1 кг SO₃ в 1 т или от 0,6 до 0,15 %.^[5]

Кроме указанных удобрений, сера входит в состав сульфатной нитрофоски и некоторых микроэлементов, а также поступает в почву с навозом и пестицидами. ^[4]

Тонны серобетона

13 марта 2014
Материал опубликован в № 1–2 корпоративного журнала «Газпром»

«Газпром» выходит на рынок строительных материалов

Что можно сделать из природного газа

Ценность и экономическая эффективность инноваций неизменно возрастают, когда благодаря их использованию удается одновременно решить сразу несколько задач. Таким примером является проект «Газпрома» по разработке и внедрению производства серного модифицированного вяжущего (СМВ), а также материалов и конструкций на его основе. Реализация этого проекта позволит «Газпрому» преодолеть производственные трудности, возникающие при добыче газа на высокосернистых месторождениях, параллельно обеспечив создание и развитие в России новой перспективной подотрасли, связанной с производством стройматериалов.

Сера в дорогах

Как добывают природный газ

О комплексном эффекте нового газпромовского инновационного проекта рассказал Председатель Правления компании Алексей Миллер на заседании Президиума Совета при Президенте России по модернизации экономики и инновационному развитию 17 мая 2013 года. Он пояснил, что «основным сдерживающим фактором увеличения добычи на Астраханском и Оренбургском месторождениях является значительное количество выделяемой из газа серы в условиях ограниченного спроса на нее на внешних рынках и на внутреннем рынке. В наших институтах разработаны технологии модификации асфальта на основе серы, которые позволяют увеличить прочность и пластичность асфальта, увеличить межремонтные сроки дорог до 5–7 лет со значительным экономическим эффектом для дорожного строительства… эта технология могла бы, на наш взгляд, дать тройной эффект. Во-первых, снизить экологическую нагрузку в Астрахани и Оренбурге, где накоплены очень большие объемы серы. Во-вторых, повысить рентабельность добычи газа на этих месторождениях. И, в-третьих, существенно улучшить качество дорог, особенно в регионах с резкими перепадами температуры, а также удешевить строительство дорог».

Метод модифицирования битума серой сам по себе не новый и получил первое промышленное использование еще 100 лет назад, однако масштабные работы в этом направлении в нашей стране и за рубежом начались только в 1970-е годы. В 1986 году в СССР была даже выпущена «Инструкция по применению добавок серы в горячих асфальтобетонных смесях». В связи с известными событиями дальнейшее развитие этих проектов в России застопорилось и до практического воплощения они не дошли, но эстафету подхватил «Газпром». В 1998 году «Газпром ВНИИГАЗ» начал исследования по использованию серы в дорожном строительстве, а впервые сероасфальтобетон был уложен в октябре — декабре 2002 года при ремонте дорожного покрытия моста в Крылатском. Работы проводились в экстремальных условиях (дождь, снег, минусовые температуры), а заключительная их часть — при температуре ниже минус 20 градусов, когда укладка обычного асфальтобетона фактически невозможна. В июне 2010 года сероасфальтобетон был положен на участке 50–51 км МКАД, на что потребовалось 558 т материала. Участок благополучно выдержал даже экстремальную летнюю жару. Таким образом, опытным путем было подтверждено качественное превосходство сероасфальта, который изготавливается путем добавления в битум СМВ, перед традиционным дорожным покрытием.

В настоящее время преимущество использования СМВ в дорожном строительстве сомнений не вызывает, и не случайно на упомянутом выше заседании Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев поручил Министерству транспорта проработать с «Газпромом» вопрос о реализации в регионах с разным температурным режимом ряда пилотных проектов строительства дорог из сероасфальтобетона.

Материал повышенной прочности

В то же время надо отметить, что при всех достоинствах сероасфальтобетона его производство даже в промышленных масштабах не решает ключевой для «Газпрома» проблемы — перепроизводства серы при добыче газа на Астраханском и Оренбургском месторождениях. Объемы «лишней» серы, то есть той, которую невозможно реализовать, достигают 2–3 млн т в год, а в случае роста добычи на обоих месторождениях эта цифра станет еще больше. И даже если весь асфальтобетон, производимый в России, будет наполнен СМВ, на его изготовление уйдет лишь около 100–200 тыс. т серы в год. Это обусловлено тем, что процент содержания самой серы в сероасфальтобетоне крайне невелик. Как показывают исследования, содержание 40% серы является границей ее положительного влияния на свойства серного битумного вяжущего (обычная дозировка — от 10 до 30%), при этом сама доля такого вяжущего в общей консистенции асфальтобетона составляет максимум 7% (обычно 5–6%).

Учитывая этот фактор, «Газпром» параллельно с производством сероасфальтобетона намерен заняться и выпуском серобетона для строительных целей в рамках единой программы «Создание и развитие подотрасли промышленности строительных и дорожно-строительных материалов на основе серного вяжущего». Разработчиком и исполнителем программы является ООО «Газпром сера» — оператор «Газпрома» по реализации этого вида продукции. Реализация программы также направлена на достижение комплексного эффекта, позволяющего решить и чисто газпромовские задачи, и многие проблемы отечественной стройиндустрии.

Такого рода перспективы связаны с особенностями производства и применения серобетона. Как уже отмечалось, доля 16-го элемента в сероасфальте невелика. Иное дело — серобетон. Здесь сера является главным структурообразующим материалом, основным вяжущим элементом, заменяющим цемент. Ее доля в вяжущем веществе составляет свыше 90%. В настоящее время в России производится порядка 60 млн т цемента. Если стройматериалы из серы закроют хотя бы 10% рынка, то в производство будет вовлечено свыше 5 млн т этого элемента, что позволит полностью справиться с проблемой имеющегося на сегодняшний день переизбытка серы и увеличить добычу газа на высокосернистых месторождения, причем не только газпромовских.

При этом для отечественной стройиндустрии плюсы также очевидны. Помимо увеличения физических объемов выпуска стройматериалов в условиях постоянно растущего спроса на них, использование серобетона в строительной отрасли существенно повысит надежность возводимых из него объектов. Основными преимуществами серобетона в сравнении с обычным являются: быстрый набор прочности, ее сохранение и более высокие прочностные характеристики (на сжатие и на изгиб), возможность этого материала эффективно работать на растяжение, высокая химическая (коррозийная) стойкость, стойкость в кислых и солевых средах и морозостойкость, в несколько раз превосходящая традиционный бетон. К этим характеристикам можно добавить низкую теплопроводность и низкое водопоглощение, водонепроницаемость, отвердение на морозе, возможность вторичной переработки, незначительную усадку и высокую адгезию (эффект сцепления поверхностей разнородных тел). Здесь, как и в случае с сероасфальтом, мы видим, что серобетон дает фору своему собрату из портландцемента (далее цемента) в отношении более высокой надежности сделанных из него конструкций, а также проведения самих работ. Обычный бетон нельзя класть на морозе (либо его надо специально разогревать), тогда как серобетон отвердевает при любой температуре в диапазоне от плюс 40 до минус 40.

Свойства серобетона являются следствием его внутренней структуры, которая довольно подробно изучена североамериканскими учеными. Сера без добавления наполнителя представляет собой вещество с гомогенной структурой, что означает плотное расположение молекул относительно друг друга. Присутствие наполнителя приводит к тому, что молекулы серы «скрепляют» молекулы наполнителя и заполняют внутренние пространства получаемого вещества таким образом, что пористость становится почти незаметной (даже под микроскопом).

Низкая пористость серобетона во многом обусловила сферы его применения. Это касается использования серобетона как основного материала для хранилищ отходов, коллекторов сточных вод, очистительных установок, свай, труб, канализационных лотков, различных сборных конструкций, словом, всех подземных инженерных коммуникаций, а также морских сооружений и плотин. Для газовой промышленности серобетон также может быть интересен, являясь идеальным материалом для строительства пригрузов (утяжелителей бетонных охватывающих, УБО) для газопроводов, дорожных плит и свай, которые используются при обустройстве месторождений, и т. д.

Стоит добавить, что серобетон удобен и в изготовлении. Любой, кому хотя бы раз приходилось делать строительный раствор, знает, что требуется три компонента: цемент, песок и вода. Для приготовления серобетона вода не нужна, да и песок можно использовать практически любой. Если в случае с цементом требуется песок, крупность которого должна быть 2,4, то для серобетона этот показатель может быть меньше 1.  Иными словами, для серобетона годятся пылеватые пески, по сути дела барханные, а вот обычный бетон на таком песке развалится. Выходит, что качественные конструкции или сооружения можно производить на местных материалах.

Астрахань ждет ОПП

Однако необходимо отметить, что свойства серобетона в большей степени, нежели в случае с цементным бетоном, зависят от соблюдения технологического процесса и контроля качества входного сырья на всех этапах производства. В настоящее время строительные материалы на основе серы в нашей стране производятся небольшими фирмами, как правило, в кустарных условиях. Эти производства могут подпортить репутацию материалов на основе серы. В результате такого дилетантского подхода и отсутствия точного оборудования, способного регулировать нагрев смеси в пределах плюс-минус 1 градус, «кустарные» серобетоны могут, достигнув температуры 150 градусов, выделять сероводород и сернистый ангидрид — газы, которые обладают нервно-паралитическим действием и представляют угрозу для человека. Поэтому особую актуальность приобретает создание производств, которые могут выпускать большие объемы серобетона в строгом соответствии с технологическими стандартами.

Именно в этом направлении сейчас и двигается «Газпром сера». На первом этапе стоит задача создания функционального комплекса опытно-промышленного производства (ОПП). На его базе будут выполняться: разработка составов и производство СМВ, смесей серобетонов и сероасфальтов, отработка технологий производства материалов и конструкций на основе серы, проектирование и промышленные испытания конструкций, материалов, машин, оборудования. Сотрудниками предприятия в настоящее время осуществляются НИОКР и разработка нормативно-технической документации, касающейся производства новых видов продукции, а также планируется обучение специалистов, которые в дальнейшем будут задействованы в производстве материалов и конструкций из серы. Словом, это будет научно-исследовательский и образовательный центр, испытательный полигон и производственное предприятие в одном лице. По словам заместителя начальника Департамента маркетинга, переработки газа и жидких углеводородов ОАО «Газпром», генерального директора «Газпром сера» Марата Гараева, «ОПП предполагается оснастить новейшим оборудованием на основе экологически безвредных и безлюдных технологий. Основными видами выпускаемой и реализуемой продукции станут СМВ в гранулированном виде (сейчас разработчики ориентируются на объемы порядка 120 тыс. т в год, которые со временем могут быть увеличены), серобетонные и сероасфальтовые смеси, плиты для покрытия временных и постоянных дорог, сваи квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой, охватывающие утяжелители газопроводов. Все виды конструкций будут изготавливаться строго в соответствии с ГОСТом».

К настоящему времени специалисты «Газпром серы» совместно с институтом «ЛЕННИИГИПРОХИМ» подготовили ТЭО, обоснование инвестиций и основные технические решения по каждому из производств. В ближайшее время должен пройти конкурс по выбору проектировщика предприятия. Проектирование и выход на площадку строительства должны быть завершены в текущем году, а ввод в эксплуатацию предприятия ожидается в 2016-м. Местом его дислокации намечена Астрахань, в перспективе предполагается появления таких предприятий и в Оренбурге.

Это будет следующий этап программы — развитие сети производителей серосодержащих материалов и изделий из них. На этой стадии потребуется государственная поддержка. Основная помощь, которую могли бы оказать органы власти, — это включение проекта по использованию серы в народном хозяйстве в федеральную целевую программу. Это позволит участникам программы привлекать кредиты на льготных условиях, а признание серосодержащих материалов инновационными даст возможность их производителям получить налоговые послабления. Эта тема была обсуждена на встрече генерального директора «Газпром сера» Марата Гараева и заместителя министра экономического развития РФ Андрея Клепача 21 августа 2013 года, по итогам которой в текущем году можно будет ожидать положительного результата.

Николай Хренков

Справка

Серное модифицированное вяжущее (СМВ) — это минеральное термопластическое вещество, изготовленное из технической серы и модификатора. Способ его получения включает в себя расплавление серы в среде двуокиси углерода, нагревание расплава до температуры 135–140 °С и добавление в него модификатора в виде ненасыщенных органических соединений (олефиновых углеводородов), в частности, дициклопентадиена, в пропорции 93–98% — сера, 2–7% — модификатор. Добавление модификаторов позволяет регулировать свойства серы — снижать температуру плавления, замедлять кристаллизацию, улучшать совместимость с наполнителями. В итоге полученное таким образом вещество становится прочным (не ломается, не рвется) и пластичным.

Серобетон — это композиционный строительный материал, в состав которого входит серное вяжущее, инертные заполнители и наполнители. Спектр применения инертных заполнителей и наполнителей широк. В этом качестве могут использоваться щебень, песок, гравий, металлургические шлаки и прочие породы, применяемые для традиционного бетона.

Серобетон начали активно исследовать в Северной Америке в 70-х годах ХХ века, когда было доказано, что серобетон и сероасфальт безопасны для окружающей среды. Позднее, уже в 1980–1990-х годах, с увеличением добычи углеводородов выросла и добыча серы как продукта, сопутствующего нефти и газу. Поиск новых методов использования серы стали вести крупные нефтяные и газовые компании. В результате появились новые разработки по производству и применению бетона и асфальта на основе серного вяжущего. Уже тогда были выявлены его преимущества по отношению к традиционному бетону на основе портландцемента. Позже экспериментально было установлено, что предпочтительно использование модифицированной серы.

 

Сравнительная характеристика свойств серного и портландцементного бетонов

Наименование свойства (испытания)	Серобетон	Бетон
Влагостойкость	1,0	0,8
Химическая стойкость (к кислотам), %	84	23
Морозостойкость (при 100% влажности)	300	50
Истираемость, %	3	17
Прочность на сжатие, МПа	55–65	15–25
Прочность на изгиб, МПа	10–15	6–9
Прочность на растяжение, МПа	5–7	3–4
Время набора прочности	3 часа	28 суток

 

Безопасная сера — Журнал «Сибирская нефть» — №98 (февраль 2013) — Газпром нефть

ХЛЕБ ХИМИИ

Московский нефтеперерабатывающий завод (МНПЗ) реконструирует установку получения серы. Реализация проекта не только повысит надежность и технический уровень технологического объекта, но и значительно снизит нагрузку на окружающую среду. При этом степень извлечения серы из сероводорода достигнет 99,9%.

Для того чтобы изготовить, например, автомобиль, нужно израсходовать около 14 кг серы. В производстве тонны целлюлозы используется более 100 кг серы. Много элементарной серы потребляет резиновая промышленность — для вулканизации каучуков. В сельском хозяйстве 16-й элемент таблицы Менделеева применяется как в элементарном виде, так и в различных соединениях, входит в состав минеральных удобрений и препаратов для борьбы с вредителями. Однако основной потребитель серы — химическая промышленность. Подсчитано, что в производстве 88 из 150 важнейших химических продуктов используют либо саму серу, либо ее соединения.

Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты — универсального компонента многих химических реакций. Чтобы получить тонну H₂SO₄, нужно сжечь около 300 кг серы.

На российском рынке недостатка в этом важном сырье нет — превышение предложения над спросом значительно. Внутренний спрос чуть превышает 2 млн тонн, к 2015 году прогнозируется рост до 3,6 млн тонн, однако только два основных производителя серы в стране — Астраханский и Оренбургский газоперерабатывающие комбинаты «Газпрома» — сегодня суммарно производят более 6 млн тонн серы. Излишки отправляются на экспорт, так как на мировом рынке ситуация иная.

Если 4–5 лет назад был некоторый профицит этого сырья, то сейчас даже наблюдается определенный дефицит. Соответственно ведут себя и цены. В 2008-м на пике за тонну серы предлагали $700–800, кризис обрушил стоимость сырья в 10 раз, однако в последние годы фиксируется стабильная положительная динамика — и сегодня сера почти вернулась на докризисные позиции.

Впрочем, для нефтепереработки «хлеб химии» — побочный продукт, которого с повышением качества топлива и, напротив, снижением качества сырой нефти становится все больше. Поэтому проекты модернизации производств серы на НПЗ носят гораздо более ярко выраженную экологическую, чем коммерческую, окраску.

ПОЧТИ 100%

Сырьем для производства элементарной серы служит сероводород.

Установка производства серы Московского НПЗ проектной мощностью 94 тыс. тонн жидкой серы в год состоит из двух блоков получения серы, блока регенерации насыщенного раствора МЭА и блока сероочистки углеводородных газов. Очищенный от сероводорода газ направляется в топливную сеть завода, а получение элементарной серы из сероводородсодержащего газа проводится по методу Клауса*. В мировой практике процесс Клауса или его различные модификации — пожалуй, самый распространенный метод переработки сероводородных газов.

Масштабная программа реконструкции установки получения серы ведется на МНПЗ с 2009 года. Ее основная задача — достижение 99,9% извлечения серы без дополнительной очистки отходящих газов.

Проект предполагает модернизацию блоков получения серы, строительство нового хранилища жидкой серы с предварительной дегазацией и эстакад герметичного налива жидкой серы в железнодорожные и автоцистерны, монтаж блока доочистки отходящих газов, улавливающего остаточное количество сероводорода и двуокиси серы в отходящих газах и перерабатывающего их. Кроме того, запланировано строительство блока грануляции жидкой серы.

«Требования законодательства к охране окружающей среды становятся все более жесткими, — пояснил начальник установки получения серы цеха № 4 Московского НПЗ Владимир Суворкин. — В частности, запрещается перевозка серы в открытых вагонах. Именно поэтому оптимальный вариант для транспортировки — гранулирование серы. Этот продукт удобен и для потребителя, так как практически не образует едкой пыли при погрузке и разгрузке».

В ходе реконструкции установка будет оснащена автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП) с использованием современной микропроцессорной техники, что позволит не просто автоматизировать процесс, но и повысить контроль над всеми блоками установки.

По информации Владимира Суворкина, уже завершено строительство серохранилища и железнодорожной эстакады. Ведутся строительные работы на трансформаторной подстанции, в контроллерной, а также на блоке доочистки хвостовых газов, где уже смонтирована часть оборудования.

Программа реконструкции установки получения серы входит в экологическую программу предприятия и рассчитана до 2014 года. Ее реализация позволит сократить объем выбросов сероводорода в атмосферу более чем в 70 раз, значительно уменьшить уровень выбросов диоксида серы, что для предприятия, находящегося в черте мегаполиса, — сверхважная задача.

* Стандартный процесс Клауса состоит из термической стадии, в которой треть входящего газа H²S окисляется кислородом воздуха до SO², и последующих (от одной до трех) каталитических стадий, где остаточный сероводород взаимодействует с SO² с образованием воды и элементарной серы:
2H²S + SO² = 3S + 2H²O.

Двустадийный метод промышленного получения серы из сероводорода:

• I стадия — термическое окисление сероводорода до диоксида серы:
H²S + 3/2O²→ SO² + H²O + (0,53 — 0,57) МДж/моль;
• II стадия — каталитическое превращение сероводорода и диоксида серы:
2H²S + SO²→ 3/nSn + 2H²O + (0,087 — 0,154) МДж/моль.

Сравнительная эффективность препаратов, применяющихся с целью церуменолизиса

Серная пробка — это скопление ушной серы, секрета сальных желез, слущенного эпидермиса, в состав которых входят липиды, гликопротеины, гиалуроновая кислота, ферменты и иммуноглобулины.

Серные пробки — одна из наиболее частых причин визитов к врачу-оториноларингологу. Проблема серных пробок актуальна во всем мире. В нашей стране они встречаются у 4 млн. лиц трудоспособного возраста, 750 тыс. пожилых людей и 860 тыс. детей. По другим данным, до 6% учащихся начальных школ имеют серные пробки [1-3].

Как известно, серный секрет вырабатывается церуменозными (от. лат. cerumen) железами, располагающимися преимущественно в перепончато-хрящевом отделе наружного слухового прохода и способными вырабатывать до 20 мг ушной серы в месяц. Ушная сера состоит из 2 составляющих. Жирная и более плотная, клейкая ее часть вырабатывается сальными железами волосяных фолликулов, а более жидкая часть — серными железами. В состав ушной серы входят белки, минеральные соли, а также свободные жирные кислоты [1, 4].

Ушная сера бывает 2 типов: «сухая» (наиболее распространена у жителей Азии и уроженцев Америки), имеющая серый оттенок, и «влажная» (присущая кавказской и африканской популяции), имеющая коричневый или темный цвет. Железы, вырабатывающие ушную серу, окружены тонкими мышечными волокнами, которые, сокращаясь, способствуют выведению серы к наружному слуховому проходу. В норме во время разговора или жевания, т.е. во время движений височно-нижнечелюстного сустава происходит дренирование серных масс наружу [1, 2].

Ушная сера выполняет важные физиологические функции. Часть белков, входящих в структуру ушной серы, являются иммуноглобулинами, определяющими защитную функцию. Сера обладает бактериостатическими свойствами, обеспечивая защиту слухового прохода от развития инфекционного процесса, вызванного некоторыми кокковыми и палочковыми формами бактерий. Уровень pH ушной серы находится на уровне 4,0-5,0, что противодействует развитию бактериальной и грибковой флоры. Помимо этого, пленка, образуемая ушной серой на стенках слухового прохода, препятствует длительной персистенции различных микроорганизмов, нахождению частиц пыли, а также прочих экзогенных факторов и, таким образом, также обеспечивает функцию защиты.

Без ушной серы невозможно было бы и адекватное функционирование системы звукопроведения. Ушная сера, обеспечивающая влажность и эластичность стенок слухового прохода, способствует усилению звуковой волны, проходящей через слуховой проход, в среднем на 12 дБ.

Избыток ушной серы приводит к образованию серных пробок, вызывающих неприятные ощущения и раздражение наружного слухового прохода. Важно отличать избыточное накопление ушной серы (ее гиперсекреция) от недостаточно эффективного процесса ее выведения [1, 5, 6].

Количество ушной серы определяется, главным образом, генетическими особенностями, характерными для каждого конкретного человека. Важную роль в процессе развития серной пробки играют также и индивидуальные анатомические особенности (узость, извитость и др. ) слухового прохода каждого пациента. Помимо этого, существуют и другие причины, приводящие к гиперсекреции ушного секрета — раздражение эпидермиса слухового прохода посторонними предметами (наушники, телефонные гарнитуры и т.д.), эмоциональный стресс.

Возраст пациента также влияет на количество вырабатываемой в слуховом проходе серы. Так, серные пробки гораздо чаще возникают у пожилых людей вследствие комбинации гиперсекреции и обусловленного возрастом снижения эффективности процесса удаления серной пробки из уха (явления гипертрихоза, замедленные процессы выведения серы вследствие метаболических нарушений и т.д.) [1-3].

К причинам, провоцирующим гиперсекрецию ушной серы, можно отнести слишком частое использование ватных палочек. Ватные палочки не обладают стерильностью, на их поверхности имеется большое количество бактерий, грибов, которые, попадая в наружный слуховой проход, способны вызывать различные варианты воспалительных поражений наружного слухового прохода и в ряде случаев могут приводить к развитию осложнений [1, 5]. Помимо этого, манипулируя ватной палочкой преимущественно в области перепончато-хрящевой части наружного слухового прохода, пациенты продвигают серные массы в сторону костной части слухового прохода, что, в конечном счете, приводит к формированию серной пробки. Поэтому использование ушных палочек с целью удаления серного секрета крайне нецелесообразно как у взрослых, так и у детей, так как манипуляции в слуховом проходе у ребенка могут привести к повреждению нежного эпидермального слоя наружного слухового прохода [2].

Важным фактором, предрасполагающим к образованию серной пробки, является попадание воды в наружный слуховой проход. Под действием влаги происходит набухание серной пробки и развивается обтурация слухового прохода.

При этом нарушение слуха возникает, когда закупоривается либо весь слуховой проход, либо более 75% его просвета. Серная пробка также проявляется шумом в ушах, восприятием собственного голоса в ухе «с пробкой» (аутофонией) или ощущением заложенности уха. В редких случаях может возникать рефлекторный кашель, головная боль, головокружение и тошнота. Эти симптомы наблюдаются при локализации серной пробки в костном отделе наружного слухового прохода и механической компрессии на барабанную перепонку [1-3].

Все вышесказанное обусловливает необходимость своевременного удаления серных пробок из наружного слухового прохода, а также профилактики их образования. В настоящее время одним из эффективных методов удаления серных пробок является церуменолизис.

Церуменолизис основан на введении в просвет слухового прохода специальных веществ — церуменолитиков, способных растворять ушную серу. В настоящее время существует достаточное количество препаратов, используемых с данной целью, отличающихся по своему химическому составу и демонстрирующих клиническую эффективность. Такими препаратами, в частности, являются анауретте, а-церумен, ремо-вакс.

Основным действующим веществом Анауретте является фитосквалан, получаемый из оливкового масла, которое по своим физическим и химическим характеристикам сходно с ушной серой. Препарат легко проникает в серную пробку, мягко ее растворяет и выводит из слухового прохода. Наполнитель — минеральное масло — обеспечивает инертное промывание, растворение и очищение от ушной серы. Масло мяты согревает слуховой проход и катализирует физический процесс, обеспечивая запах свежести и вызывая приятные ощущения у пациента.

А-церумен представляет собой водную эмульсию 3 сурфактантов (анионного, амфотерного и неионного), которая уменьшает поверхностное натяжение. Проникая внутрь серной пробки, препарат растворяет ее, не вызывая набухания. При этом происходят постепенный лизис серной пробки и нормализация секреции серы без риска вестибулярных и слуховых расстройств.

Ремо-вакс — препарат, содержащий в своем составе аллантоин, фенэтиловый спирт, жидкий ланолин, бутилгидрокситолуен — вещества, которые проникают в толщу серной пробки, разрыхляют и растворяют серу/серную пробку.

Целью настоящего исследования, проходившего на базе МНПЦО ДЗ Москвы им. Л. И Свержевского, явилась сравнительная оценка эффективности и переносимости препаратов анауретте, а-церумен и ремо-вакс в терапии и профилактике ушных серных пробок.

Материал и методы

В исследование были включены 120 пациентов (63 мужчины и 57 женщин) в возрасте 18-65 лет (средний возраст — 56±3,1 года) с подтвержденным диагнозом «серная пробка». Все пациенты были объединены в три группы. В 1-ю группу (40 человек) вошли пациенты, которые получали препарат анауретте, пациенты 2-й группы (40 человек) — препарат а-церумен и, наконец, пациенты 3-й группы (40 человек) — препарат ремо-вакс.

В процессе исследования оценивали быстроту удаления серного секрета по данным отоскопической картины, субъективные ощущения восстановления слуха и переносимость препаратов.

С целью объективизации эффекта освобождения наружного слухового прохода от серных масс использовали шкалу, отражающую степень выраженности обструкции слухового прохода (см. таблицу).

Помимо этого, с целью упрощения описания типов серных пробок в зависимости от консистенции использовали специальную кодировку. Так, сухую плотную серную пробку кодировали буквой A, сухую рыхлую пробку — буквой B и, наконец, мягкую влажную пробку — буквой C.

Результаты исследования

По данным отоскопического исследования были получены следующие результаты. У 37 (30,8%) обследованных пациентов наблюдали полную обструкцию наружного слухового прохода — 3А. Остальные варианты степени выраженности обструкции слухового прохода и консистенции пробки встречались реже (рис. 1).Рисунок 1. Частота встречаемости серных пробок различной консистенции и различной степени обструкции слухового прохода.

Анализируя динамику удаления серного секрета, необходимо отметить, что наиболее быстрые результаты достигались при применении препарата анауретте (рис. 2).Рисунок 2. Динамика удаления серного секрета у обследованных пациентов.

Так, в группе пациентов, получавших данный препарат, у 11 (28%) больных уже на 2-е сутки применения было отмечено полное освобождение наружного слухового прохода от серного секрета, в то время как у пациентов, получавших другие препараты, аналогичного результата удалось добиться только к 4-м суткам терапии. К 3-им суткам лечения желаемого эффекта удалось достичь у 16 (40%) больных, получавших анауретте, у 7 (18%), принимавших а-церумен и у 5 (13%) больных, использовавших ремо-вакс.

Аналогичные результаты были отмечены при исследовании динамики субъективных ощущений восстановления слуха (рис. 3).Рисунок 3. Динамика субъективного ощущения восстановления слуха у обследованных пациентов.

В группе пациентов, получавших препарат анауретте, восстановление слуха на 2-е сутки терапии происходило у 24 (60%) больных, у принимавших а-церумен и ремо-вакс аналогичный эффект на 2-е сутки был получен только у 3 (7,5%) и 2 (5%) пациентов соответственно.

Стоит подчеркнуть, что за весь период наблюдения не было отмечено побочных эффектов, потребовавших отмены препаратов. При этом пациенты, получавшие препарат анауретте (особенно пожилые люди), отмечали субъективные приятные ощущения теплоты и свежести в наружном слуховом проходе, возникавшие после использования препарата.

Анализируя полученные данные, необходимо отметить, что наиболее быстрое освобождение наружного слухового прохода от серных масс, а также лучшие субъективные ощущения восстановления слуха даже при полной обтурации слухового прохода сухими плотными серными пробками (3А) наблюдались в группе больных, принимавших препарат анауретте.

Таким образом, анауретте является эффективным средством борьбы с серными пробками, превосходящим аналоги, и может быть рекомендован для широкого применения в клинической практике.

Загадки ушной серы: зачем она нам?

• Джейсон Голдман
• BBC Future

6 июня 2016

Автор фото, Getty

Сера, которая выделяется у нас в ушах, — странная штука. Зачем она, из чего состоит? И правда ли, что она нужна для того, чтобы убивать паразитов? Обозреватель BBC Future ищет ответ на эти вопросы.

Киты никогда не чистят уши. Год за годом там собирается сера, по которой можно прочитать всю историю их жизни, рассказанную языком жирных кислот, спиртов и холестерина.

Подобное вещество накапливается в слуховых проходах многих млекопитающих, в том числе и людей.

Правда, у нас ушная сера не такая интересная. Написать по ней биографию человека не получится, ведь большинство из нас регулярно чистит уши (об этом мы еще поговорим ниже).

Однако за этой низменной субстанцией стоит высокая наука.

Ушная сера вырабатывается только в наружной части слухового прохода, где располагается от одной до двух тысяч сальных желез (кстати, на голове такие же железы обеспечивают естественную смазку волос) и видоизмененных потовых желез.

К полученному секрету добавляются волоски, отмершие клетки кожи и другие отходы жизнедеятельности организма — и ушная сера готова.

В течение долгого времени считалось, что эта субстанция служит преимущественно для смазки (поначалу ее даже использовали при изготовлении бальзамов для губ).

Кроме того, как утверждалось, она препятствует попаданию насекомых через слуховой проход в голову человека.

А некоторые даже полагают, что ушная сера, помимо всего прочего, является антибиотиком.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

У некоторых сера влажная и жирная, а у некоторых — посуше и потверже

В 1980 году научные сотрудники Национального объединения институтов здравоохранения США Туу Цзи Чай и Тоби Си Чай с помощью приспособления, которое они назвали «стерильным захватом для ушной серы», взяли у 12 человек пробы этого вещества и смешали их в спиртовом растворе.

Затем в полученную среду были помещены бактерии. Выяснилось, что раствор убивает 99% бактерий некоторых штаммов, в том числе палочку инфлюэнцы H. influenzae (которая, как ни странно, вызывает не инфлюэнцу) и один из штаммов кишечной палочки под названием K-12.

Другие штаммы кишечной палочки, а также стрептококки и стафилококки оказались более живучими — уровень смертности этих бактерий под воздействием ушной серы колебался от 30% до 80%.

Но очевидно, что ушная сера оказала бактерицидное действие на все 10 видов бактерий, участвовавших в исследовании.

Аналогичные результаты были получены в 2011 году в Германии. Ученые установили, что в ушной сере содержится десять пептидов, способных предотвращать развитие бактерий и грибка.

По мнению исследователей, инфекции в наружной части слухового канала происходят именно вследствие сбоя в защитном механизме, функционирование которого зависит от ушной серы.

Однако исследование, проведенное в 2000 году в университете Ла-Лагуна на Канарских островах (Испания), дало совершенно противоположные результаты.

По наблюдениям ученых, ушная сера не оказала практически никакого воздействия на стафилококки, а в большинстве случаев и вовсе способствовала размножению бактерий, в том числе кишечной палочки, по-видимому, создавая для них богатую питательную среду.

И это не единственное исследование, итоги которого ставят под сомнение противомикробные свойства ушной серы.

Пролить свет на причину столь существенных расхождений в выводах, сделанных учеными в рамках этих и других исследований, помогает одна деталь.

В экспериментах, проведенных в 1980 и 2011 годах, использовалась сухая ушная сера, тогда как в 2000 году ученые выбрали для тестирования именно влажную форму.

Совершенно неясно, влияет ли на самом деле это различие на приписываемые ушной сере противомикробные свойства, но гипотеза кажется заманчивой, тем более что оба вида серы состоят, по сути, из одних и тех же ингредиентов.

Впрочем, если вы не заглядывали в уши друзей, чтобы посмотреть, как выглядит их сера, вы, наверное, не меньше моего удивитесь, узнав, что сера действительно бывает двух видов. Откровенничать так откровенничать — у меня сера влажная.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Промывание ушей с помощью шприца позволяет удалить излишки серы без риска повредить барабанную перепонку

Тип ушной серы определяется генетически и сводится к разнице в одну-единственную букву в одном-единственном гене — ABCC11.

Если в начале названия этого гена стоит А — у человека сухая сера, если G — влажная (кстати, и запах у этих двух типов различается).

С помощью ушной серы ученые даже пытались определить направления миграции населения в древности.

У потомков европейцев и африканцев сера чаще всего влажная, а у выходцев из Восточной Азии — обычно сухая и чешуйчатая.

На тихоокеанских островах, в Центральной и Малой Азии, а также среди коренного населения Америки и инуитов наблюдается более равномерное распределение этих двух типов.

Впрочем, для большинства из нас самая актуальная проблема, касающаяся ушной серы, — каким способом ее удалить.

Судя по всему, этот вопрос остро стоял на повестке дня, по крайней мере, с I века н. э.

В своем трактате De Medicina («О медицине») римский врач Авл Корнелий Цельс предлагает целый ряд методов удаления скопившейся в слуховых проходах серы.

«Если это корка, — пишет он, по-видимому, имея в виду сухую серу, — внутрь вливают нагретое растительное масло, перемешанное либо с ярь-медянкой на меду или с соком лука-порея, либо с небольшим количеством соды, растворенным в медовом вине». Ух!

После разрыхления серы ее можно вымыть из уха водой. Но «если это грязь» — что, по-видимому, обозначает влажный тип ушной серы, — «внутрь вводят уксус с небольшим количеством соды, и когда грязь размягчается, ухо промывают».

Кроме того, Цельс советует «промыть ухо бобровой струей, смешанной с уксусом, лавровым маслом и соком из кожуры молодого редиса или соком дикорастущего огурца с добавлением измельченных листьев розы. Закапывание сока незрелого винограда с розовым маслом также дает хорошие результаты при глухоте».

Эта рекомендация больше смахивает на рецепт ведьмина зелья, чем на цитату из научного трактата, но врачи и по сей день используют миндальное или оливковое масло для размягчения серной пробки — перед тем, как попытаться ее удалить.

Надо сказать, у некоторых людей проблема серных пробок действительно стоит настолько остро, что для ее решения требуется медицинское вмешательство.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Врачи до сих пор используют оливковое масло для разрыхления серных пробок

По данным анализа, проведенного в 2004 году, в Великобритании ежегодно обращается к врачу с этой проблемой около 2,3 млн человек и обрабатывается около 4 млн ушей.

Чаще всего серные пробки образуются у лиц старшего возраста, детей и людей с нарушениями в обучаемости.

Разумеется, эта проблема может повлечь за собой потерю слуха, но, кроме того, еще и социальную изоляцию и даже паранойю в легкой форме.

«У некоторых пациентов с серными пробками, — пишут ученые, — также обнаруживается перфорация барабанной перепонки».

Однако поскольку ушная сера сама по себе не может повредить слуховую мембрану, напрашивается вывод о том, что пациенты сами наносят себе эту травму — возможно, при попытке самостоятельно извлечь серную пробку.

В связи с тем, что использовать ватные палочки для извлечения пробок рискованно — даже квалифицированным врачам, в большинстве случаев используется какое-нибудь размягчающее средство с последующим промыванием уха.

Однако мнения врачей по поводу оптимального размягчителя и пользы промывания как такового расходятся.

В 2012 году научные сотрудники медицинского факультета Миннесотского университета (США) Анджали Вайдя и Дайана Джей Мэдлон-Кэй пришли к выводу о том, что применение средств для размягчения ушной серы, промывание ушей и другие способы ручного удаления серных пробок хотя и имеют право на существование, но ни один из этих методов не является гарантированно более правильным, безопасным или эффективным, чем остальные.

И все же проведение данной процедуры лучше доверить специалистам. Несмотря на все сопутствующие риски, некоторые люди, приняв душ, смело тычут в уши ватной палочкой, прекрасно зная, что врачи не рекомендуют этого делать.

Чересчур активное воздействие может привести к перфорации барабанной перепонки или, как это ни парадоксально, к проникновению серы еще глубже в слуховой проход.

Более того, иногда вата соскакивает с палочки и остается в слуховом проходе как инородное тело.

В общем, главное, что следует запомнить: не используйте палочки для чистки ушей! Или, по крайней мере, не засовывайте их вглубь слухового прохода.

Еще одно средство альтернативной медицины, которого следует избегать как огня, — обработка ушей свечой.

Этот способ состоит в том, чтобы взять полую восковую или парафиновую свечу, поднести ее к уху и зажечь противоположный конец.

Считается, будто жар внутри пустой свечи вытягивает ушную серу из слухового прохода, и после этого ее легко удалить.

Если эта идея кажется вам безумной, вы совершенно правы. Она ничем не обоснована.

Кроме того, известно много случаев попадания расплавленного воска на барабанную перепонку, что очень болезненно и опасно. Так что считайте, что мы вас предупредили.

Общий информационный бюллетень по сере

Что такое сера?

Сера — это элемент, который существует в природе и содержится в почве, растениях, продуктах питания и воде. ¹ Некоторые белки содержат серу в виде аминокислот. ² Сера является важным питательным веществом для растений. ³ Сера может убивать насекомых, клещей, грибов и грызунов. Сера была зарегистрирована для использования в пестицидных продуктах в Соединенных Штатах с 1920-х годов. ⁴

Какие продукты содержат серу?

Продукты, содержащие серу, могут быть пылью, смачивающимися порошками, жидкостями или картриджами с фумигантами. ⁴ Они используются для выращивания полевых культур, корнеплодов, плодов деревьев, орехов, ягод, овощей, декоративных растений и газонов. Они также используются в открытых жилых районах и на пищевых и непродовольственных культурах. К участкам непродовольственного использования относятся домашние животные, животноводческие помещения и помещения для содержания скота. ⁴

На рынке США имеется более 200 активных продуктов, содержащих серу. ⁵ Некоторые из них были одобрены для использования в органическом садоводстве. ⁶ Непестицидные продукты, содержащие серу, используются как почвенные добавки или удобрения. ⁷

Всегда следуйте инструкциям на этикетке и принимайте меры, чтобы избежать воздействия. В случае контакта с продуктом обязательно внимательно следуйте инструкциям по оказанию первой помощи на этикетке продукта. Для получения дополнительных рекомендаций по лечению обращайтесь в Центр борьбы с отравлениями по адресу: 1-800-222-1222. Если вы хотите обсудить проблему с пестицидами, позвоните по телефону 1-800-858-7378.

Как действует сера?

Сера убивает грибки при контакте. ⁸ Принцип действия серы еще полностью не изучен.Некоторые исследователи полагают, что сера может реагировать с растениями или грибами с образованием токсичного агента. ⁹ Однако основная теория состоит в том, что сера проникает в клетки грибов и влияет на клеточное дыхание. ¹⁰

Сера может убить насекомых, если они прикоснутся к ней или съедят ее. ⁶ Нарушает нормальное функционирование их тела, изменяя их способность производить энергию. ¹³ Сера в газовых баллончиках после воспламенения и помещения в нору выделяет ядовитые газы, удушающие роющих животных. ⁷

Как я могу подвергнуться воздействию серы?

Сера присутствует в пище, и мы можем контактировать с ней в нашем обычном рационе. ¹² Вы также можете подвергнуться воздействию, если вы наносите серную пыль или аэрозоли и получаете ее на кожу, в глаза или вдыхаете ее. Это также может произойти, если вы нанесете немного серной пыли на руки и едите или курите, не умываясь. руки в первую очередь.

Вы можете ограничить воздействие серы, внимательно следуя всем инструкциям на этикетке.

Каковы некоторые признаки и симптомы кратковременного воздействия серы?

Сера малотоксична для людей.Однако прием слишком большого количества серы может вызвать чувство жжения или диарею. Вдыхание серной пыли может вызвать раздражение дыхательных путей или кашель. Он также может вызывать раздражение кожи и глаз. Сообщалось также о нечеткости зрения. ¹³

Если животные едят слишком много серы, она может быть токсичной и может быть смертельной. Признаки отравления у животных включают проблемы с желудком и кишечником, воздействие на легкие и неврологические расстройства. ¹⁴ Избыток серы может вызвать гибель клеток головного мозга, что приведет к его повреждению.Признаки, связанные с повреждением мозга, могут включать слепоту, нарушение координации движений, судороги, смерть и другие. ¹⁵ См. Информационный бюллетень по использованию домашних животных и пестицидов для получения дополнительной информации о снижении риска для домашних животных.

При сжигании серы образуется диоксид серы, газ. При вдыхании не сообщалось, кашель, одышка, боль в горле и затрудненное дыхание. Сообщалось также о раздражении глаз. ¹⁶

Что происходит с серой, когда она попадает в организм?

Сера необходима для людей, животных и растений.Попадая в наш организм, он может проникать в такие ткани, как кожа и хрящи. Он также содержится в некоторых белках и витаминах. ¹⁷

Когда сера попадает на неповрежденную кожу, большая ее часть не попадает в кровоток. Однако он может впитываться в кожу. В одном исследовании серу наносили на кожу, и ее можно было обнаружить через 2-8 часов после этого. Через 24 часа это не удалось обнаружить. В другом исследовании серу наносили на кожу четырех добровольцев на 8 часов. Через 2 часа сера была обнаружена в моче, а через 6 часов достигла максимума.Исследователи обнаружили, что 1% серы попадает в организм через 20 часов. Примерно половина этого была выведена из организма с мочой. ¹⁸

Может ли сера способствовать развитию рака?

Сера обычна в воде и почве, и ожидается ежедневное воздействие серы. Агентство по охране окружающей среды США (US EPA) пришло к выводу об отсутствии известных рисков рака, связанных с серой. Неизвестно, что сера изменяет или повреждает гены. ¹²

Изучал ли кто-нибудь нераковые эффекты длительного воздействия серы?

Продолжительный или повторяющийся контакт с кожей может вызвать сыпь или мозоли. ¹² Вдыхание серы в течение длительного времени может вызвать раздражение носа и дыхательных путей, что приведет к хроническому бронхиту. ¹³

EPA пришло к выводу об отсутствии известных рисков для репродуктивной системы или развития ребенка из-за серы. ¹²

Дети более чувствительны к сере, чем взрослые?

Хотя дети могут быть особенно чувствительны к пестицидам по сравнению со взрослыми, в настоящее время нет данных, позволяющих сделать вывод о повышенной чувствительности детей именно к сере. Однако маленькие дети могут действовать таким образом, чтобы подвергать их большему риску облучения19. Например, они могут проводить больше времени возле земли. Они также могут с большей вероятностью засовывать руки в рот после прикосновения к обработанным растениям или поверхностям.

Что происходит с серой в окружающей среде?

Сера естественным образом встречается в окружающей среде. Элементарная сера, внесенная в почву, будет включена в круговорот естественной серы. ⁷

Сера плохо растворяется в воде.Поэтому не ожидается, что занос или сток в водоемы повлияют на водную флору и фауну. Перенос серы в районы, расположенные рядом с обрабатываемым полем, может повредить чувствительные к сере растения. ⁷

Может ли сера влиять на птиц, рыб или других диких животных?

Доказано, что сера практически не токсична для перепелов, синежабрников, радужной форели, водяных блох и креветок-мизидов. Он также практически не токсичен для пчел. ⁷

Цитируйте как: Boone, C.; Bond, C .; Крест, А .; Дженкинс, Дж. 2017 г. Общий информационный бюллетень по сере ; Национальный информационный центр по пестицидам, Консультационные службы Университета штата Орегон. npic.orst.edu/factsheets/sulfurgen.html.

Польза для здоровья, побочные эффекты, применение, дозы и меры предосторожности

Ахаван А. и Бершад С. Лекарства от угрей для местного применения: обзор клинических свойств, системного воздействия и безопасности. Am J Clin Dermatol 2003; 4 (7): 473-92. Просмотреть аннотацию.

Блом I, Хорнмарк AM.Местное лечение розацеа с серой 10%. Acta Derm Venereol 1984; 64: 358-9. Просмотреть аннотацию.

Блюм, Дж. Э. и Коу, Ф. Л. Метаболический ацидоз после приема серы. N Engl J Med 1977; 297 (16): 869-70. Просмотреть аннотацию.

Диас, М., Касорла, Д., и Акоста, М. [Эффективность, безопасность и приемлемость осажденного серного петролатума для местного лечения чесотки в городе Коро, штат Фалькон, Венесуэла]. Rev Invest Clin 2004; 56 (5): 615-22. Просмотреть аннотацию.

Список ингредиентов, отпускаемых без рецепта FDA, апрель 2010 г.Доступно на: www.fda.gov/downloads/AboutFDA/CentersOffices/CDER/UCM135691.pdf (дата обращения: 07.02.15).

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. Классификация пероксида бензоила как безопасного и эффективного и пересмотр маркировки в формате фактов о лекарствах; лекарственные препараты от прыщей для местного применения, отпускаемые без рецепта для людей; окончательное правило. Федеральный регистр 2010; 75 (42): 9767-77. Просмотреть аннотацию.

Goszcz, A., Kostka-Trabka, E., Grodzinska, L., et al. [Влияние лечения серной водой из источника в Веславе в Буско-Солец на уровни липидов, фибринолитическую систему и тромбогенную функцию тромбоцитов у пациентов с артериосклерозом].Пол Меркур Лекарски 1997; 3 (13): 33-6. Просмотреть аннотацию.

Гупта А. К. и Николь К. Использование серы в дерматологии. J Drugs Dermatol 2004; 3 (4): 427-31. Просмотреть аннотацию.

Лейден, Дж. Дж., МакГинли, К. Дж., Миллс, О. Х., Кириакопулос, А. А. и Клигман, А. М. Эффекты серы и салициловой кислоты в основе шампуня при лечении перхоти: двойное слепое исследование с использованием подсчета корнеоцитов и клинической оценки. Кутис 1987; 39 (6): 557-61. Просмотреть аннотацию.

Лин, А. Н., Реймер, Р.Дж., И Картер Д. М. Повторное посещение серы. J Am Acad Dermatol 1988; 18 (3): 553-8. Просмотреть аннотацию.

Naganuma, T., Naruse, K., Tohno, Y., et al. Снижение содержания серы и магния в круглых связках матки человека и взаимосвязь между элементами в зависимости от возраста. Biol Trace Elem Res 2004; 102 (1-3): 73-82. Просмотреть аннотацию.

Нимни, М. Э., Хан, Б. и Кордова, Ф. Достаточно ли мы получаем серы в нашем рационе? Нутр Метаб (Лондон) 2007; 4: 24. Просмотреть аннотацию.

Parcell, S. Сера в питании человека и применении в медицине.Альтернативная медицина Rev 2002; 7 (1): 22-44. Просмотреть аннотацию.

Пелле, М. Т., Кроуфорд, Г. Х., и Джеймс, В. Д. Розацеа: II. Терапия. J Am Acad Dermatol 2004; 51: 499-512. Просмотреть аннотацию.

Роос, Т. К., Алам, М., Роос, С., Мерк, Х. Ф. и Бикерс, Д. Р. Фармакотерапия эктопаразитарных инфекций. Наркотики 2001; 61 (8): 1067-88. Просмотреть аннотацию.

Sanfilippo, A. и English, J. C. Обзор лечебных шампуней, используемых для лечения перхоти. P и T 2006; 31 (июл): 396-400.

Шмидель, В.и Кляйн, П. Комплексный гомеопатический препарат для симптоматического лечения инфекций верхних дыхательных путей, связанных с простудой: обсервационное исследование. Исследовать (Нью-Йорк) 2006; 2 (2): 109-14. Просмотреть аннотацию.

Шарки К.Э., Аль-Рол-младший, Ноаими А.А., Аль-Хассани Х.М. Лечение чесотки серной мазью 8% и 10% для местного применения в различных схемах нанесения. J Drugs Dermatol 2012; 11 (3): 357-64. Просмотреть аннотацию.

Стронг, М. и Джонстон, П. Вмешательства для лечения чесотки. Кокрановская база данных Syst Rev 2007; (3): CD000320. Просмотреть аннотацию.

Trumbore, M. W., Goldstein, J. A., and Gurge, R. M. Лечение папулопустулезного розацеа с помощью смягчающей пены сульфацетамида натрия 10% / серы 5%. J Drugs Dermatol 2009; 8 (3): 299-304. Просмотреть аннотацию.

Verhagen AP, Bierma-Zeinstra SM, Boers M, et al. Бальнеотерапия при остеоартрозе. Кокрановская база данных Syst Rev 2007; (4): CD006864. Просмотреть аннотацию.

Weiser, M., Gegenheimer, L.H. и Klein, P. Рандомизированное исследование эквивалентности, сравнивающее эффективность и безопасность Luffa comp.-Назальный спрей для пяток с кромолином натрия при лечении сезонного аллергического ринита. Форш Комплементармед 1999; 6 (3): 142-148. Просмотреть аннотацию.

Wilkinson RD, Adam JE, Murray JJ, Craig GE. Пероксид бензоила и сера: основы борьбы с прыщами. Can Med Assoc J 1966; 95 (1): 28-9. Просмотреть аннотацию.

Достаточно ли мы получаем серы в нашем рационе?

Abstract

Сера, после кальция и фосфора, является самым распространенным минеральным элементом в нашем организме. Он доступен нам в нашем рационе, получен почти исключительно из белков, и все же только 2 из 20 аминокислот, обычно присутствующих в белках, содержат серу. Одна из этих аминокислот, метионин, не может быть синтезирована нашим организмом и поэтому должна поступать с пищей. Цистеин, еще одна серосодержащая аминокислота, и большое количество ключевых промежуточных продуктов метаболизма, необходимых для жизни, синтезируются нами, но для этого процесса требуется постоянное поступление серы.

Белки содержат от 3 до 6% серных аминокислот.Очень небольшой процент серы присутствует в форме неорганических сульфатов и других форм органической серы, присутствующей в пищевых продуктах, таких как чеснок, лук, брокколи и т. Д.

Минимальные потребности (RDA) для всех незаменимых аминокислот всегда оценивались. с точки зрения их способности поддерживать азотный баланс. Этот метод оценивает потребность в аминокислотах для синтеза белка, это только один из путей, по которому метионин следует после приема внутрь. Чтобы адекватно оценить суточную суточную норму метионина, вместе с азотным балансом и серным балансом следует выполнить то, чего никогда не делали ни у людей, ни у животных.

Имея это в виду, мы решили оценить потребление серы (в виде серосодержащих аминокислот) с пищей в случайной популяции и провести исследования баланса серы на ограниченном количестве людей-добровольцев. Первоначально это было сделано, чтобы попытаться получить некоторую информацию о возможном механизме действия различных серосодержащих соединений (хондроитинсульфат, глюкозамина сульфат и другие), используемых в качестве пищевых добавок для лечения заболеваний суставов. Из этого исследования пришла информация, которая предполагает, что значительная часть населения, в которую непропорционально входили пожилые люди, возможно, не получает достаточного количества серы, и что эти пищевые добавки, скорее всего, проявляли свои фармакологические эффекты, поставляя неорганическую серу.

Введение

Из-за гораздо более значительных последствий метаболизма серы и той роли, которую этот элемент играет в синтезе очень большого количества ключевых промежуточных продуктов метаболизма, таких как глутатион, мы решили расширить этот обзор, включив в него более широкий круг вопросов. перекрывающихся метаболических путей, на которые может повлиять недостаточное или маргинальное потребление серы. Есть надежда, что такой обзор будет способствовать дальнейшим исследованиям в этой очень важной и часто игнорируемой области метаболизма.Это включает в себя возможность повлиять на возникновение и прогрессирование большого количества аномалий, представляющих воспалительные и дегенеративные изменения, а также тех, которые связаны с нормальным старением и аспектами истощения большого количества патологий.

Серосодержащие метаболиты, в которых глутатион является ключевым представителем, в своем функционировании сливаются со многими другими соединениями, которые играют важную роль в механизмах, которые вызывают огромный интерес как часть традиционной и дополнительной медицинской помощи.К ним относятся полиненасыщенные жирные кислоты n-3 и n-6, минералы, такие как селен, цинк, медь и магний, витамины E и C, антиоксиданты, такие как проантоцианидины и липоевая кислота, многие из которых участвуют в синтезе простагландинов и в антиоксидантном каскаде. Накапливается все больше и больше данных, в которых основное внимание уделяется совместной роли глутатиона и других метаболитов серы в гомеостатическом контроле этих фундаментальных механизмов.

Метаболизм серосодержащих аминокислот

Метионин и цистеин необходимы для синтеза белка у простых млекопитающих и птиц [1].Для оптимального роста диета должна обеспечивать эти две аминокислоты или только метионин. Физиологические потребности в цистеине могут быть удовлетворены за счет пищевого цистеина или за счет избытка диетического метионина. Молярная эффективность транс-сульфирования, т. Е. Метиониновой серы, превращенной в цистеиновую серу, составляет 100%. Цистеин может снизить потребность в метионине с пищей, даже если цистеин не превращается в метионин в высших организмах, за счет экономии его использования для основных процессов. С точки зрения диеты, один только метионин способен обеспечить организм всей необходимой серой, за исключением двух серосодержащих витаминов, тиамина и биотина.

В 1989 году подкомитет Национального исследовательского совета Соединенных Штатов по пищевым продуктам и питанию опубликовал последний обновленный отчет о рекомендуемых диетических нормах (RDA) для белков и аминокислот (эти рекомендации основаны на исследованиях баланса азота, проведенных много лет назад [2- 4]. Рекомендуемая суточная норма метионина (в сочетании с цистеином) для взрослых составляет 14 мг / кг массы тела. Поэтому человеку весом 70 кг, независимо от возраста и пола, требуется около 1,1 г (0,9 моль) метионина / цистеина в день.Когда Роуз предложил эти количества, он предположил, что «безопасное потребление» должно быть вдвое больше, или 2,0 г / день, вероятно, признавая, что его исследования проводились на ограниченном количестве людей, обычно 3–6 для каждой аминокислоты.

Эти потребности человека в метионине и щадящие эффекты цистеина, определенные Роузом и др. У молодых здоровых добровольцев в 1955 году, все еще принимаются сегодня, несмотря на признаки того, что они могут не отражать универсальные ценности [5]. Таттл и др. [6], давая очищенные аминокислотные диеты, содержащие различные количества метионина, пожилым людям в больнице VA в Лос-Анджелесе / Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, установили значения, значительно превышающие те, которые ранее были установлены Роуз для молодых студентов колледжа.Всем им требовалось более 2,1 г / день, а некоторым субъектам требовалось до 3,0 г / день, чтобы поддерживать положительный азотный баланс. Хотя Фукагава и др. [7] не смогли подтвердить такие различия, используя окисление аминокислот, а скорее этот баланс азота в качестве критерия; они согласились, что необходимы дальнейшие исследования. Ни их подходы, основанные на производстве CO2, обогащенного изотопами, ни исследования азотного баланса не учитывают уникальную роль SAA (серосодержащих аминокислот) в обеспечении S для сульфатирования.Фуллер и Гарлик [8], подробно рассмотревшие этот вопрос, пришли к выводу, что потребности в аминокислотах как для мужчин, так и для женщин занижены.

В свете этих опасений, особенно в связи с уникальной ролью SAA в обеспечении сульфатов для синтеза GAG (гликозаминогликанов), представляется важным определить, удовлетворяются ли потребности в сере, в частности, в отношении GAG. и GSH (глутатион) в хрящах. Можно предсказать, что синтез ГАГ может не протекать хорошо при предельном потреблении, и что предпочтение будет отдаваться синтезу белков и основных промежуточных продуктов метаболизма, таких как КоА, SAM (S-аденозил-L-метионин), GSH и т. Д.в головном мозге и других основных органах. К сожалению, никаких исследований, посвященных этому очень важному вопросу, не проводилось.

Исследования на людях выполнить непросто, они дороги и зависят от многих факторов. По другим видам, по-видимому, больше информации, особенно по домашней птице или крупному рогатому скоту, где стимуляция роста представляет собой значительное экономическое преимущество. Следует отметить, что в рационы птицы всегда добавляется метионин / цистеин для ускорения роста [9,10].

Факторы, которые могут снизить доступность метионина / цистеина

Сульфатирование является основным путем детоксикации фармакологических агентов печенью. Как уже упоминалось, некоторые препараты, которые играют ключевую роль в лечении аномалий хряща, такие как ацетаминофен, требуют сульфата для их выведения. Ацетаминофен назначают в больших дозах для облегчения боли, и на этикетке рекомендуются дозы до 4 г / день, но часто употребляется больше. Тридцать пять% выводится конъюгированным с сульфатом и 3% конъюгированным с цистеином [11].Остальная часть выводится конъюгированной с глюкуроновой кислотой, которая, кстати, также является одним из основных компонентов ГАГ.

Метионин или цистеин (0,5%), добавленные в рацион, могут преодолеть серьезный дефицит метионина, вызванный у крыс добавлением 1% ацетаминофена (эквивалент дозы 4 г / день для человека) [12]. Интересно отметить, что D-, а также L-метионин могут восстанавливать рост, подразумевая, что истощение серы было первичным дефектом, а не одним, связанным с синтезом белка.

Наиболее важным является то, что концентрация активного сульфата в печени в форме PAPS (аденозин-3′-фосфат 5′-фосфосульфата), ключевого метаболического предшественника ГАГ, также была снижена и может быть восстановлена ​​до нормального уровня путем добавления метионина [13]. . Экскреция сульфатов с мочой была снижена до 95% при кормлении крыс диетами с низким содержанием метионина, и наблюдалось 60% -ное снижение содержания метионина в печени [14]. В зависимости от степени истощения во время приема добавок может быть достигнуто восстановление нормальной экскреции сульфатов и уровней глутатиона в печени.Неорганический сульфат был не так эффективен в восстановлении уровней PAPS, как метионин (рис.).

Упрощенная диаграмма, которая изображает взаимосвязь между SAA, синтезом GAG, хранением цистеина в виде глутатиона, синтезом белка и метаболизмом азота.

У крыс, подвергшихся недостаточному потреблению серы для изучения сульфатирования ацетаминофена с целью биодеградации, наблюдались изменения гомеостаза PAPS [15]. Одновременно эти животные выводили ацетаминофен из крови более медленными темпами и превращали его в токсичный промежуточный тиоэфир.Пониженное сульфатирование, по-видимому, вызвано снижением доступности неорганического сульфата для синтеза PAPS.

Глутатион (GSH) ключевой метаболит и форма хранения серы

Аминокислоты серы вносят существенный вклад в поддержание и целостность клеточных систем, влияя на окислительно-восстановительное состояние клеток и способность выводить токсичные соединения, свободные радикалы и активные формы кислорода [ 16]. Цистеин и метионин не накапливаются в организме. Любой избыток пищи легко окисляется до сульфата, выводится с мочой (или реабсорбируется в зависимости от диетического уровня) или сохраняется в форме глутатиона (GSH).Даже в экстремальных ситуациях, например, когда дефицит триптофана приводит к общему катаболическому эффекту, организм пытается сэкономить потерю серы, продолжая хранить любую доступную серу в виде GSH в печени [17]. Доступность цистеина, по-видимому, является фактором, ограничивающим скорость синтеза GSH. Значения GSH ниже нормы при большом количестве истощающих заболеваний и после приема определенных лекарств, часто приводящих к плохой выживаемости [18,19]. Предоставляя SAA, многие из этих изменений можно отменить.В головном мозге, который обычно является наиболее щадящим органом при дефиците питательных веществ, концентрация GSH снижается, чтобы поддерживать адекватный уровень цистеина. Эта потеря GSH нарушает антиоксидантную защиту. Активной формой глутатиона является восстановленная форма GSH, в то время как неактивная форма GSSG должна быть преобразована в GSH. Обычное соотношение GSH: GSSG в тканях составляет около 100: 1. Хрящ, менее важный для выживания, может плохо себя чувствовать в условиях недостатка серы, что объясняет, почему диетические добавки, содержащие серу (хондроитин сульфат, глюкозамина сульфат, МСМ (метилсульфонилметан) и т. Д.) может быть полезным при лечении заболеваний суставов [20]. Синтез GSH и GAG в этом контексте не исследовался.

Было показано, что даже гидротерапия сульфированной водой, часто сопровождаемая приемом такой воды и рассматриваемая как эмпирический метод лечения различных заболеваний, включает каскад антиоксидантов, связанный с GSH [21,22]. Взаимосвязь диеты, возраста и других физиологических параметров с концентрацией GSH в крови и тканях хорошо задокументирована [23–26].Поскольку все исследованные диетические добавки, содержащие сульфат, включая МСМ [27], легко метаболизируются до или вскоре после абсорбции до сульфатов или низкомолекулярных промежуточных продуктов, они должны быть в состоянии уменьшить потери GSH, связанные с диетическим дефицитом, повышенным использованием из-за болезни или измененная иммунная функция.

Активные формы кислорода (АФК) образуются во время нормальной клеточной активности и могут присутствовать в избытке при некоторых патофизиологических состояниях, таких как воспаление или предперфузионное повреждение.Эти молекулы окисляют различные клеточные компоненты, но особенно чувствительны серосодержащие аминокислотные остатки [28]. Таким образом, изучение фундаментальных аспектов метаболизма серы, таких как регуляция функции клеток путем окисления и восстановления метионина, а также антиоксидантное действие серосодержащих аминокислот [29], может помочь выяснить механизм, с помощью которого работают рассматриваемые пищевые добавки.

Глутатион: его защитная роль против окислительного повреждения и повреждения свободными радикалами и его потенциал для усиления иммунной функции

Способ, которым клетки и ткани реагируют на изменения в потреблении SAA, ограничивается характеристиками ключевых ферментов, участвующих в метаболических путях [30].При низких внутриклеточных концентрациях метионина реметилирование продукта метаболизма предпочтительнее транссульфурации, и метионин сохраняется. С увеличением потребления метионина увеличивается путь транссульфурации, который обеспечивает субстрат для синтеза GSH.

Таким образом, в условиях низкого потребления SAA синтез белка будет поддерживаться, а синтез сульфата и GSH будет сокращен. Изменения в доступности GSH могут отрицательно влиять на функцию иммунной системы и механизмов антиоксидантной защиты.

С другой стороны, высокое потребление метионина с пищей (5–6 г / день) повышает уровень гомоцистеина в плазме, несмотря на адекватное потребление витаминов группы B [31-33]. Это вызывает некоторую озабоченность, так как никто не хочет активировать иммунную систему за счет усиления прикрепления моноцитов к эндотелиальным клеткам.

Как обсуждалось ранее, на GSH влияет потребление SAA с пищей. В исследовании изотопов на крысах, когда рационы с различным содержанием SAA давались на адекватных уровнях, 7 молекул S были включены в GSH на каждые 10 молекул, включенных в белок [34].При недостаточном уровне потребления соотношение упало до <3:10. Эта реакция на низкое потребление SAA приводит к снижению антиоксидантной защиты.

Снижение уровней GSH и, как следствие, антиоксидантной защиты может увеличить риск повреждения хозяина за счет активации фактора транскрипции, что приводит к усилению регуляции провоспалительных цитокинов, таких как факторы ядерной транскрипции и белки-активаторы, индуцируемые в свою очередь. такими агентами, как перекись водорода, митогены, бактерии, вирусы, а также ультрафиолетовое и ионизирующее излучение.

Окислительное повреждение клеток вызовет каскад провоспалительных эффектов за счет производства перекисей липидов. Несмотря на то, что некоторые из этих эффектов являются двухфазными по своей природе, поскольку они связаны с уровнями SAA, общепринято считать, что GSH и связанная с ним антиоксидантная активность оказывают иммуностимулирующий эффект за счет активации факторов транскрипции, которые тесно связаны с пролиферацией клеток, а также параллельной противовоспалительный эффект, как описано ранее.

Дальнейшие знания об этих метаболических процессах на других уровнях, помимо доступности субстрата, будут необходимы для того, чтобы мы могли с большей точностью модулировать эти процессы на благо всего организма.

Регуляция биосинтеза простагландинов с помощью глутатиона

Простагландины (PG), как хорошо известно, играют важную роль во множестве нормальных функций организма, а также в ключевых метаболических этапах, связанных со многими событиями, связанными с воспалением.

PG синтезируются из свободной арахидоновой кислоты с помощью двух изоформ циклооксигеназы (COX, также называемой PGh3-синтетазой). Хотя доступность арахидоновой кислоты как основного метаболического фактора, контролирующего продукцию PG, активно исследуется, очевидно, что другие клеточные кофакторы также могут регулировать биосинтез PG.

PGH-синтетаза имеет две активности: циклооксигеназную активность, которая вводит 5-членное кольцо в PUFA (полиненасыщенную жирную кислоту), и другую, которая вводит эндопероксид и гидропероксид в PUFA. Активность пероксидазы восстанавливает гидропероксид до гидроксильной группы с использованием GSH в качестве источника восстанавливающих эквивалентов.

Наблюдение, что как конститутивные, так и индуцируемые митогеном изоформы простагландин h3 синтетазы заметно зависят от GSH и GSH пероксидазы [35], вызвало значительный интерес в связи с этим процессом.Сайты действия GSH и пероксидазы GSH на рассматриваемый метаболический путь показаны на рис.

Ферментативное превращение арахидоновой кислоты (AA) в PG и сайты ингибирования GSH и GSH пероксидазой (GSSPx). (По материалам Marglit et al. [36]).

Исследования Margalit et al [36] предоставили четкие доказательства на мышах, что повышенные уровни GSH ингибируют продукцию PG и, скорее всего, проявляют свои противовоспалительные эффекты в модели, индуцированной кристаллами уратов, посредством этого механизма.Это ослабление синтеза PG in vivo проливает свет на другое потенциальное преимущество, связанное с повышенным потреблением SAA и адекватными уровнями GSH в тканях. С практической точки зрения это повышает вероятность того, что удовлетворительное потребление SAA в сочетании с PUFA может оказаться значительным преимуществом для людей, страдающих различными аномалиями суставов, связанными с воспалением.

Вопрос о том, как в присутствии адекватных предшественников ПНЖК конститутивные и индуцибельные формы простагландин-Н-синтетазы могут быть индуцированы для выработки соответствующих форм простагландина, необходимых для поддержания тканевого гомеостаза, будет зависеть от дальнейшего понимания кофакторов и механизмов обратной связи. вовлеченный.

Пока не будут даны ответы на эти фундаментальные вопросы, лучшее, что мы можем сделать, это продолжать снижать соотношение омега-6 / омега-3 в нашем рационе ПНЖК (которое в настоящее время составляет около 10,0 по сравнению с 12,0 всего несколько лет назад) за счет увеличения потребление рыбы и некоторых растительных масел, что считается идеальным соотношением 2,3 / 1,0 [37].

Метаболические исследования, изучающие взаимосвязь между потреблением серы с пищей и экскрецией неорганического сульфата с мочой

Приветствуется отсутствие доступных данных о взаимосвязи пищевых добавок, таких как хондроитинсульфат и его аналоги, с потреблением серы с пищей и любой возможной взаимосвязи Нам предстоит рассмотреть серию исследований метаболизма / баланса человека, которые будут связывать потребление белков, пищевых добавок, содержащих серу и SAA, с экскрецией сульфатов.

Наши предварительные исследования были представлены в Американском колледже клинического питания, Американском колледже ревматологии (2001) и впоследствии опубликованы [20]. Эти исследования, хотя и ограниченные по объему, предоставляют дополнительные доказательства быстрого превращения серы в пищевых добавках в неорганический сульфат. Удержание серы из SAA или из пищевых добавок, вводимых во время приема пищи с низким или предельным уровнем протеина, по сравнению с усилением выведения во время более высокого уровня потребления, дает ценные ключи к разгадке (рис.). Из наших результатов следует, что минимальные адекватные значения потребления, определенные в условиях VA у пожилых людей Tuttle et al [6], могут быть ближе к точности, чем те, которые в настоящее время принимаются в качестве RDA.

Прием SAA как часть основной диеты (темная полоса) дополняется добавкой 10 ммоль метионина, вводимой в виде однократной дозы утром в день эксперимента. Таким образом, общая высота столбца представляет поступление S в ммоль. В соседнем столбце указано количество свободного сульфата, выведенного с мочой за 24-часовой период.

Наши исследования проводились на нормальных добровольцах (возраст 35–70). Сульфат, свободный и этерифицированный, определяли модификацией нефелометрического метода Берглунда и Сорбо [38] и креатинина в моче с использованием набора (555-A) от Sigma. Потребление SAA оценивали с помощью программного обеспечения для анализа питания (ESHA Research, версия 7.6). L-метионин (Solgar) покупали в виде пищевых добавок. Состав L-метионина с замедленным высвобождением был специально приготовлен Xcel Medical Pharmacy (Woodland Hills, CA.).

Взаимосвязь между диетическим потреблением белка с метионином или S-содержащими соединениями или без них и экскрецией свободного сульфата с мочой

Субъекты были адаптированы к определенному уровню диетического белка, начав их диету за 24 часа до фактического испытания. Уровень протеина был увеличен за счет добавления к основному рациону обезжиренного тунца, который в основном состоит из протеина. На рисунке приведены результаты исследований баланса серы, включающих добавки L-метионина.

Наши результаты (рис.) Ясно демонстрируют, что задержка S происходит при потреблении низких уровней белка. Когда потребляется менее 10 ммоль серы, полученной из пищевых белков, добавление в рацион 10 ммоль L-метионина сопровождалось сохранением этой аминокислоты. При более высоком уровне потребления белка с пищей, когда предположительно удовлетворяются потребности в сере, практически весь метионин, добавленный в рацион, выводится с мочой.

Значительное удержание метионина при низком уровне потребления белка дало первые подсказки о том, что наши диетические запасы серы могут быть пограничными или даже неудовлетворительными для многих людей.

Потребление SAA в нормальной популяции: связь с RDA и потенциальной потерей сульфатов, связанной с метаболизмом лекарства

Обобщенную оценку потребления и качества диеты сделать очень сложно по очевидным причинам. Неоднородность населения (культурная, социально-экономическая, этническая, географическая, род занятий, потребление фаст-фуда, реклама и т. Д.) — все это влияет на потребление пищи. Тем не менее, для цели этого исследования казалось важным попытаться создать профиль, который охватывал бы различные сегменты населения и соотносил полученные значения с принятой RDA для SAA и альтернативными более высокими требованиями, предложенными другими. Чтобы получить более подробное представление, мы сгруппировали различных людей, прошедших оценку, в подгруппы (таблица).

Таблица 1

Среднее потребление серы-аминокислоты, связанное с потреблением разнообразных типичных диет.

o

Группа		SAA (г / день)
I	с высоким содержанием белка	6,8
II	с высоким содержанием белка III с низким содержанием калорий	5,0	Восточно-американские	4.8
IV	Средне сбалансированный	4,3
V	Fast-food	4,1
VI	Dieter	3,5	VII LOT	3,0
VIII	«здоровая диета	2,6
IX	Веганский	2,3
X	пожилые люди (75 лет) 1	8

Несмотря на то, что диеты периодически меняются, мы заметили, что люди склонны придерживаться определенных повторяющихся шаблонов, которые в некотором роде облегчили оценку. Потребление SAA, измеренное у 32 человек, варьировалось от 1,8 до 6,0 г / день (от 14 до 45 ммоль / день). Для расчетов цистеин и метионин были объединены как SAA. В целом соотношение цистеин / метионин близко к белку из птицы и красного мяса и 0,7 для рыбы. Молочные продукты, как правило, содержат немного больше метионина, а продукты, богатые крахмалом, немного больше цистеина.Яйца содержат значительно больше цистеина. Для оценки молярных концентраций использовали соотношение 1: 1. Некоторые из более низких значений SAA, зафиксированные в нашем опросе, включали людей, которые, как правило, были более заботливыми о своем здоровье и не потребляли красного мяса и небольшого количества животного белка, а также тех, кто придерживался «модных диет». Многие пожилые люди могут оказаться полностью дефицитными (группа X) независимо от используемых критериев (рис.). Очевидно, что эти диетические оценки следует рассматривать как очень предварительные, но в настоящее время они предназначены для того, чтобы попытаться пролить свет на редко исследуемую территорию.

Диетическое потребление SAA (метионин плюс цистеин), измеренное в различных подгруппах населения. Их сравнивали с предложенными требованиями: RDA (1989), 2x RDA (запас прочности Роуза) [4] и Tuttle et al [6], определенными для пожилых людей. Справа от каждой группы находится сплошная полоса, которая представляет потребление SAA, уменьшенное на 0,9 г / день, чтобы учесть предполагаемую потерю серы, связанную с потреблением стандартной дозы ацетаминофена, выводимого в виде сульфатированного конъюгата.

На приведенном выше рисунке сравнивается потребление SAA в г / день с принятой RDA (1989), удвоенными значениями RDA, принятыми для обеспечения большей безопасности большой популяции, и значениями, полученными для пожилых людей в результате исследования VA Tuttle et al. al. [6].

Также включен столбец, в котором доступные SAA уменьшаются на 0,9 г / день, что эквивалентно потере SAA, связанной с приемом стандартной более высокой рекомендованной дозы парацетамола. Как уже отмечалось, этот препарат, как и некоторые другие, выводится в основном конъюгированным с сульфатом. В зависимости от того, какое допущение для минимальных требований используется, только те группы, которые появляются выше линии отсечения, будут получать адекватное количество SAA. Используя оценки Tuttle et al [6] (которые хорошо согласуются с нашими текущими оценками) в сочетании с предполагаемой потерей сульфата из-за конъюгации с ацетаминофеном, большой сегмент населения, в том числе наиболее уязвимые к OA, может оказаться с дефицитом серы. или получающих предельное потребление.

В настоящее время мы не можем сделать однозначных выводов из этих оценок.Мы знаем, что реабсорбция сульфатов почками увеличивается в периоды дефицита [39], но неизвестно, как долго может сохраняться такой щадящий эффект. Значения, полученные Tuttle et al., Получены из ограниченной выборочной популяции VA. То же самое и у нас, и у Роуза и др. Пока эти исследования не будут расширены за счет одновременного определения S и N-баланса и биосинтетических исследований на животных, а также до проведения хорошо контролируемых исследований S-баланса на людях, мы не сможем четко ответить на этот важный вопрос.

Следует отметить, что мы не смогли найти в зарегистрированной литературе никаких исследований, которые эффективно измеряли бы баланс серы у человека или других животных. Все исследования метаболизма в этой связи, даже те, которые сосредоточены на потребностях в серных аминокислотах, изучают баланс азота, но не баланс серы. По сути, это означает, что роль серосодержащих аминокислот оценивалась только в синтезе белка, но никогда не с точки зрения их способности вносить серу во многие важные метаболиты.В рамках наших предварительных исследований мы оценили потребление SAA с пищей, экскрецию неорганического сульфата и креатинина с мочой у 35-летнего мужчины, потребляющего произвольно сбалансированную диету в течение 3-дневного периода. Результаты представлены на рис.

Выведение сульфатов и креатинина с мочой при соблюдении стандартной диеты в течение 48 часов.

На приведенном выше рисунке подчеркивается еще один аспект предлагаемых исследований — взаимосвязь между выделением S и N. Мы не включали эфирный сульфат (менее 5% от общего количества), поскольку лекарства не принимались. Экскреция креатинина в течение 24-часового периода долгое время была связана с мышечной массой и использовалась для метаболических расчетов. Они бесполезны для исследований N-баланса, поскольку не отслеживают потребление белка [40]. С другой стороны, очевидно, что потребление и выведение сульфатов довольно хорошо коррелируют. Свободные аминокислоты, как правило, не могут храниться, и, в частности, SH-фрагмент цистеина легко окисляется.Цистеин может быть цитотоксичным, поскольку реакционноспособная тиоламиновая структура может сочетаться с альдегидами, такими как пиридоксаль, а также может хелатировать основные двухвалентные катионы. SAA используются для пополнения запасов GSH, который можно рассматривать как форму хранения серы, и только когда эта цель достигнута, избыток окисляется до сульфата.

Выделение сульфата, связанное с приемом метилпреднизолона, включено, чтобы проиллюстрировать, как катаболическое событие может повлиять на потерю серы (рис. ). Поскольку стероиды часто используются пациентами с заболеваниями суставов, большая экскреция сульфата может, среди прочего, мешать синтезу PG и других важных метаболитов, таких как GSH.Этот аспект катаболического эффекта стероидов, похоже, не исследован.

Выведение свободного сульфата с мочой после однократного перорального приема метилпреднизолона (24 мг) с последующей второй дозой (20 мг) на следующий день при соблюдении диеты, обеспечивающей 19 ммоль SAA / день.

Употребление газированной минеральной воды, содержащей 0,5 г сульфата / литр (в данном случае Сан-Пеллегрино, одна из очень немногих минеральных вод, содержащих сульфат-ионы) в течение дня (2 литра, содержащих примерно 10 ммоль), сопровождалось количественным выделением сульфат, когда уровни диетического белка обеспечивали 25 ммоль SAA или более в день (фиг.).

24-часовая экскреция сульфата с мочой у лиц, потребляющих разное количество белка в сочетании с 10 ммоль сульфата из источника минеральной воды, равномерно распределенных в дневные часы и по сравнению с контролем (случай 1, базальная диета: 17 ммоль диетического питания). SAA, случай 2, базальная диета: 26 мМ SAA).

Эти данные подтверждают наблюдение, иногда оспариваемое, что неорганические сульфаты легко абсорбируются и выводятся с мочой, несмотря на осмотические эффекты, которые они могут вызывать и которые приводят к их использованию в качестве слабительных [11,41].В нашем случае постоянное введение разбавленного раствора могло способствовать абсорбции из желудочно-кишечного тракта и усилению экскреции с мочой. По оценкам, абсорбция в тонком кишечнике достигает 5 ммоль / день, а оставшаяся часть абсорбируется в толстой кишке [41].

Уровни сульфатов в питьевой воде значительно различаются в зависимости от их источника и местонахождения. Исследование, проведенное в Огайо, по оценке концентраций сульфатов в колодезных водах, потребляемых сельскохозяйственными животными, показало, что значения находятся в диапазоне от 6 до 1600 г / литр.На этикетке указано, что вода Сан-Пеллегрино из итальянского источника в наших исследованиях содержит 0,535 г сульфат-ионов на литр. Мы экспериментально обнаружили, что использованные партии не отличались более чем на 5% от заявленного значения. Неорганические сульфаты — это лишь второстепенные компоненты нашего рациона. Некоторые обработанные или обогащенные продукты содержат незначительное количество сульфитов в качестве консервантов, а некоторые добавки, входящие в состав муки, например (сульфат железа), могут содержать сульфат. Чеснок, лук и брюссельская капуста содержат значительное количество серы.Корма, скармливаемые животным, были исследованы на предмет содержания серы гораздо более подробно, чем продукты для людей, и наблюдались колебания от 0,2% в жоме свеклы до 1,2% в жмыхе канолы (в пересчете на сухой вес). Как отмечалось ранее, уровень серы в рационе может сильно повлиять на рост и здоровье скота.

Потребности пожилых людей в белках и аминокислотах с особым упором на серосодержащие аминокислоты

Расчетные потребности в белках для всех возрастов, как обсуждалось ранее, основывались на исследованиях азотного равновесия и иногда подкреплялись функциональными показателями, такими как иммунитет. функция или мышечная сила.Данные из различных источников свидетельствуют о том, что потребность в белке для азотного равновесия у пожилых людей превышает 0,8 г / кг веса тела в день. Предлагались значения около 1,0 г / кг [42]. Однако из-за методологических трудностей данные не позволяют сделать очень надежный прогноз.

Как указывает Янг [43], наши знания о диетических потребностях пожилых людей часто ограничены и противоречивы, хотя по-прежнему прилагаются значительные усилия для решения этой проблемы.Существует общее мнение, что потребности этой популяции в белках недооцениваются, и было высказано предположение, что в общей сложности 15% потребностей этой популяции в энергии обеспечивается за счет белков. Это соответствует примерно 75–85 г белка в день. Это количество белка обеспечит примерно 3,5–4,0 г SAA в день, что более чем соответствует всем оценкам потребностей в этих аминокислотах. К сожалению, этот уровень потребления белка нечасто достигается пожилым слоем населения. Хорошо известная саркопения, связанная с пожилым возрастом, по-видимому, частично связана со снижением потребления белка и энергии, вызванным изменениями вкусовых ощущений, зубными рядами, социальной изоляцией, депрессией и экономическими факторами. В дополнение к неоптимальному потреблению пищи пожилые люди, по-видимому, заменяют белок пищей, богатой жирами и углеводами, что опять же может отражать изменения вкуса [44]. Рекомендации ВОЗ по потреблению SAA в дозе 13 мг / кг массы тела находятся в том же диапазоне, что и рекомендации RDA.Существует мнение, что при заболеваниях и после травм эти значения могут быть в 2 или 3 раза выше [45].

Растет объем данных, указывающих на потенциальную важность окислительного стресса и, как следствие, изменений окислительно-восстановительного состояния при многих заболеваниях, включая сепсис, хроническое воспаление, рак, СПИД / ВИЧ и, конечно же, старение. Эти наблюдения требуют постоянного внимания к потенциальной добавочной роли добавок SAA в форме дополнительного белка или, как было обнаружено, полезного, N-ацетилцистеина в некоторых конкретных обстоятельствах. Из-за токсичности цистеина и, возможно, даже добавок метионина, вводимых в избытке, и внутренних проблем, связанных с индуцированным дисбалансом аминокислот, белки, богатые SAA, рассматривались как добавки. Immunocal ^® , очищенная молочная фракция, обогащенная сывороточным белком, в настоящее время используется из-за ее способности усиливать антиоксидантную защиту и улучшать иммунную функцию [46]. Двадцать граммов / день Immunocal значительно улучшили мышечную активность и уровень GSH лимфоцитов в группе из 20 молодых людей.Хотя сывороточные белки содержат значительно больше цистеина, чем казеина (2,5% против 0,35), общее количество общих SAA отличается менее значимо (5,2% против 3,2%).

Стоимость и доступность стали еще одним ключевым фактором в сокращении потребления белка с пищей у пожилых людей, так же как и предполагаемая непереносимость определенных пищевых групп, трудности при разрыве и пережевывании волокнистых продуктов, а также страх употребления слишком большого количества жира или холестерина. К сожалению, яйца, аминокислотный профиль которых считается стандартом, с которым сравниваются другие белки, и которые относятся к белкам с более высоким содержанием SAA и являются одними из наименее дорогих с точки зрения стоимости, часто не включаются в качестве основных ингредиентов в диеты пожилых людей.

Нельзя недооценивать важность диетического белка для этой группы населения, поскольку недостаточное потребление белка способствует, среди прочего, снижению резервной емкости легких, повышенной хрупкости кожи, остеопорозу, снижению иммунной функции и мышечной массы (саркопения), плохому заживлению и более длительное восстановление после болезни [2,47].

Обсуждение

Глутатион (GSH) является наиболее распространенным низкомолекулярным тиолом и формой хранения SH-. Исследования на животных и людях показали, что адекватное белковое питание имеет решающее значение для поддержания гомеостаза GSH [48].Повышенные уровни GSH подавляют выработку простагландинов за счет прямого взаимодействия с ферментами ЦОГ, что может иметь значение для прогрессирования воспалительных или дегенеративных состояний [36]. Как обсуждалось ранее, особый интерес представляет то, что простагандины, синтезируемые из ПНЖК, и большинство нестероидных противовоспалительных препаратов имеют один и тот же локус поражения. Также важно, что некоторые недавние исследования показали, что в некоторых случаях уменьшение боли при ОА, связанное с введением хондроитинсульфата, источника серы, было эквивалентно таковому при применении НПВП.Мы подозреваем, что причины таких непредсказуемых результатов могут быть связаны с различиями в уровнях протеина в рационе, когда люди лучше реагируют, потребляя большее количество SAA. Эту гипотезу необходимо будет оценить в будущих клинических исследованиях.

Как уже говорилось, ни цистеин, ни метионин не накапливаются в организме. Любой избыток пищи легко окисляется до сульфата, выводится с мочой (или реабсорбируется в зависимости от диетического уровня) или сохраняется в форме глутатиона (GSH). Даже в экстремальных ситуациях, например, когда дефицит триптофана приводит к общему катаболическому эффекту, организм пытается сэкономить потерю серы, продолжая хранить любую доступную серу в виде GSH в печени. Значения GSH являются субнормальными при большом количестве истощающих заболеваний и после приема определенных лекарств, и с помощью SAA многие из этих изменений могут быть обращены вспять [49]. Оказывают ли пищевые добавки, содержащие серу, аналогичные эффекты, систематически не оценивалось. Документированные улучшения при остеоартрите и болях в суставах, связанных с гидротерапией с использованием серной воды, которые часто сопровождались одновременным приемом такой воды, также были связаны с участием GSH в антиоксидантном каскаде.

Несмотря на очевидную сложность, связанную с оценкой рациона питания населения в целом, закономерность, кажется, вырисовывается даже при оценке небольших групп людей. В молоке и молочных продуктах соотношение метионин / цистеин составляет около 3/1. Примерно то же самое с рыбой, такой как консервированный тунец, который мы использовали в качестве источника белковой добавки в наших исследованиях, и с мясом. В яйцах, соевых бобах и других растительных продуктах он составляет около 4/3. Количество белка в различных продуктах питания значительно различается, а количество SAA колеблется.Белки курицы, рыбы и говядины содержат в среднем около 5% SAA. Молочные продукты, молоко, сыр и т. Д. Содержат более низкие уровни, около 4%, в основном из-за более низкого содержания SAA в казеине. Фракция сывороточного белка, составляющая около 20% белков молока (богатых лактоглобулинами), содержит больше SAA и используется в терапевтических целях или в качестве пищевой добавки. Растительные белки, помимо того, что они присутствуют в меньших количествах, содержат относительно мало SAA, в среднем менее 4%. Наибольшее содержание SAA содержится в яичных продуктах, яичный белок содержит около 8% SAA.

Следовательно, соотношения, наблюдаемые в диетическом обследовании, будут отражать количество потребляемого мяса, яиц и растительных продуктов. Количество белка в процентах от потребляемых калорий является важной переменной среди населения. Люди, которые больше думают о своем весе, и часто из более зажиточных обществ, как правило, потребляют меньше углеводов и жиров и больше белков. Иногда это уравновешивается тенденцией многих потреблять меньше продуктов животного происхождения и, следовательно, включать больше углеводов.Кроме того, желание похудеть может снизить потребление калорий и белка. Пожилые люди в то время, когда ОА становится все более распространенным, сокращают потребление пищи часто за счет белков, часто из-за экономических проблем.

Большинство людей попадают между группами, произвольно созданными для целей настоящего исследования, но после того, как диета установлена, отклонения намного меньше, чем ожидалось. В наших экспериментальных исследованиях уровни SAA были предварительно определены, и люди были помещены на заранее назначенные диеты, содержащие известное количество белка.Это критически важно, поскольку, хотя количество потребляемой SAA близко отражает скорость выведения сульфатов, реабсорбция сульфатов ниже определенного уровня канальцевыми канальцами предотвращает дальнейшую потерю. У крыс почечный клиренс сульфатов был значительно снижен у животных, получавших диету с низким содержанием метионина, что является отражением щадящего механизма удержания сульфата [39]. Главный вопрос, на который нет ответа, заключается в том, как общее потребление калорий влияет на потребность в сере, используемой не для синтетических белков, и как долго щадящий эффект может сохраняться во время длительного приема низкобелковой диеты.

Любой избыток SAA окисляется до неорганического сульфата и выводится с мочой, поскольку ни органические, ни неорганические избытки серы не могут быть сохранены. Нормальная концентрация сульфата в сыворотке составляет около 3,5 мг / 100 мл, примерно 5–10% от этой концентрации в виде сульфата эфира, а остальное в виде сульфат-ионов. Сера выводится с мочой, как и в крови.

Было показано, что дефицит серосодержащих аминокислот снижает синтез глутатиона в большей степени, чем синтез белка в присутствии и в отсутствие воспалительного стимула [34].Во время иммунного / воспалительного ответа сочетание повышенного использования цистеина для синтеза GSH и репликации клеток может привести к истощению клеточного SAM.

Было показано, что в сыворотке крови человека уровни неорганического сульфата натощак увеличиваются с возрастом и демонстрируют циркадный ритм, вероятно, связанный с приемом пищи. Генетические дефекты транспорта сульфатов были связаны с врожденными остеохондродистрофиями, которые могут быть летальными и дают представление о транспорте сульфатов и гормональной регуляции и регуляции питания [50].В то время как низкий уровень пищевого белка приводил к дисплазии тазобедренного сустава у мышей и крыс, нормальный уровень подавлял развитие ОА.

Несмотря на то, что при нормальных обстоятельствах неорганический сульфат с пищей вносит очень небольшой вклад в наш пул сульфатов, экзогенное введение небольших количеств сульфата в выбранных формах доставки может быть полезным, поскольку вопреки распространенному мнению, сульфат может абсорбироваться из ЖКТ [41,51]. В соответствии с этим следует оценить возможные положительные эффекты неорганических сульфатов в питьевой воде.Было обнаружено, что некоторые серосодержащие термальные ванны приносят пользу, вероятно, за счет трансдермального проникновения или из-за фактического употребления такой воды в оздоровительных курортах [21,52-55].

С другой стороны, важно помнить, что сульфатирование является основным путем детоксикации фармакологических агентов печенью. Такие лекарства, как парацетамол, так часто используемые для лечения боли, связанной с заболеваниями суставов, требуют большого количества сульфата для их выведения.Нередки дозы до 4 г / сут. Тридцать пять% выводится конъюгированным с сульфатом, 3% конъюгированным с цистеином [12], а остальные конъюгированы с глюкуроновой кислотой, кстати, основным компонентом гликозаминогликанов (ГАГ), которые так важны для целостности хряща и других соединительных тканей.

Метионин или цистеин (0,5%), добавленные в рацион, могут преодолеть серьезный дефицит метионина, вызванный у крыс добавлением 1% ацетаминофена, что эквивалентно 4 г / день дозы для человека.Было обнаружено, что D- и L-метионин одинаково эффективны, что позволяет предположить, что истощение серы лежит в основе первичного дефекта и не связано с синтезом белка. Хорошо известно, что N-ацетил-п-бензохинонимин, токсичный метаболит ацетаминофена, детоксифицируется печеночным GSH. Быстрое введение ацетилцистеина для восстановления уровня GSH остается методом выбора после отравления ацетаминофеном. Концентрация активного сульфата в печени в форме PAPS (аденозин-3′-фосфат 5′-фосфосульфат) также была снижена и может быть восстановлена ​​до нормального уровня путем приема метионина [13].

Эффективность D-метионина в этой связи напоминает ранние исследования Роуза, который использовал DL-метионин в своих ранних исследованиях баланса, которые привели к рекомендациям RDA, снова предполагающим значительную роль SAA, помимо роли белка. синтез. То, что цистеин, сульфит и другие источники сульфатов могут служить предшественниками для синтеза ГАГ, было хорошо установлено [56-58]. Также ограничение доступности диетической серы у крыс (цистеин, сульфат) снижает биотрансформацию ацетаминофена, как следствие отсутствия неорганического сульфата для синтеза PAPS [13,15].Следовательно, добавление серосодержащего соединения к лекарствам, таким как ацетаминофен, или катаболическим агентам, таким как кортикостероиды, может быть потенциальным способом компенсации потери серы.

Главный вопрос, который возникает в связи с диетическими добавками, которые содержат органические формы серы, заключается в том, может ли диета учитывать различия в реакции между людьми. Возможно, что от этих добавок больше всего выигрывают люди, потребляющие недостаточное количество белка или других источников диетического сульфата.В недавней публикации Drogue [59,60], который подробно исследовал взаимосвязь окислительного стресса и старения, сделан вывод, что это событие может быть в значительной степени связано с дефицитом цистеина и субоптимальным потреблением SAA.

Наконец, может быть уместно завершить этот обзор утверждением, взятым из классического учебника по питанию и диетологии человека сэра Стэнли Дэвидсона и Пассмора [61], который предположил, что «не исключено, что некоторые из эффектов белковой недостаточности на самом деле из-за отказа серосодержащих промежуточных продуктов или даже серосодержащих полисахаридов.Возможно даже, что древняя нострум «сера и патока» ( серы и патоки) имел питательную ценность, о которой не подозревают современные знания ».

Сера — обзор | ScienceDirect Topics

1 Введение

Сера является важным макроэлементом необходим для роста и развития всех живых организмов.Сера присутствует в большом количестве метаболитов, важных для поддержания клеточной структуры и биологической активности (Leustek et al., 2000; Takahashi et al., 2011). В круговороте серы в природе растения как продуценты и почвенные микроорганизмы как разлагатели используют разные типы субстратов в ассимиляционных и диссимиляционных путях метаболизма серы (Takahashi et al., 2011). Растения используют сульфат (SO42-), наиболее окисленную неорганическую форму серы для синтеза серосодержащих метаболитов (Leustek et al., 2000; Takahashi et al., 2011). По этому пути ассимиляции растения восстанавливают сульфат (SO42-) до сульфида (S ^2-), используя энергию, полученную в результате фотосинтеза.Сульфид впоследствии используется для синтеза цистеина и других органических соединений серы в последующих метаболических путях. Напротив, почвенные микроорганизмы могут разлагать сульфатированные и сульфированные соединения из отходов и останков растений и животных и минерализовать их до сульфатов посредством пути диссимиляционного окисления. Сера также циркулирует в атмосфере и водной среде.

Растения произрастают в среде, где доступность источника серы может измениться из-за климатических условий и других биологических и антропогенных факторов, влияющих на потоки цикла серы.Они также претерпевают серьезные изменения в окружающей среде, где производство антиоксидантов может стать решающим фактором для снижения окислительного стресса. Кроме того, растения часто подвергаются заражению патогенами и травоядными животными. Поскольку растения растут в этих неблагоприятных условиях окружающей среды, у них есть рациональные стратегии для регулирования активности ассимиляции сульфатов и использования серосодержащих метаболитов для смягчения стрессов. Экспрессия генов и активность переносчиков сульфатов и ферментов ассимиляции сульфатов контролируются в ответ на изменения предложения сульфата и спроса на серу на уровне всего растения. Фитоалексины, содержащие серу, такие как глюкозинолаты и камалексины, синтезируются для использования в качестве химических защитных средств против патогенов (Halkier and Gershenzon, 2006; Glawischnig, 2007). Трипептид глутатион (GSH) необходим для удаления активных форм кислорода (Foyer and Noctor, 2009). Фитохелатины, полученные из GSH, связывают тяжелые металлы в виде конъюгатов металл-тиолат (Zenk, 1996). Сера во всех этих серосодержащих метаболитах происходит из сульфата, полученного из окружающей среды.Это подразумевает, что изменение количества вводимой серы или модуляция потока внутреннего использования серы может либо усилить, либо ограничить биологическую активность растений в природе.

Молекулярные механизмы поглощения и ассимиляции сульфатов были тщательно изучены в течение последних нескольких десятилетий. Точная документация биохимических свойств, пространственной локализации и условной регуляции переносчиков сульфатов и метаболических ферментов расширила наше понимание этого метаболического пути у растений. Находки регуляторных компонентов (гены, РНК и белки) для механизмов транскрипции и посттранскрипции дали нам ключ к разгадке для исследования регуляторных путей. Недавние исследования предоставили доказательства того, что эти регуляторные компоненты высокоорганизованно контролируют поглощение и метаболизм сульфатов. В этой обзорной статье представлена ​​обновленная информация о путях транспорта и ассимиляции сульфатов в растениях с особым вниманием к их компартментализированным функциям и молекулярным механизмам регуляции, продемонстрированным на модельных видах растений Arabidopsis thaliana .

Сера — обзор | Темы ScienceDirect

C. Идентификация генов, контролирующих реакцию S-депривации

Ответы, проявляемые Chlamydomonas во время S-голодания, требуют эффективного механизма для определения доступности S и активации сигнальных путей, которые модулируют структурные, метаболические и физиологические процессы. ведущий к новому клеточному гомеостазу. Мало что известно о регуляторных элементах, которые контролируют процессы акклиматизации S у растений, хотя недавно был выделен фактор транскрипции, который, по-видимому, связывает промоторы генов, которые становятся активными, когда доступность S снижается (Maruyama-Nakashita et al., 2006).

В случае Chlamydomonas скрининг тысяч инсерционных мутантов позволил идентифицировать несколько белков, участвующих в адаптации клеток к S-депривации (Davies et al., 1994; Pollock et al., 2005). Представляющие интерес трансформанты были идентифицированы на основании их неспособности синтезировать ARS (Davies et al., 1996) в ответ на депривацию S или потому, что они конститутивно выражали активность ARS в условиях избытка S. Потенциальные мутанты были исследованы на совместную сегрегацию мутантного фенотипа со встроенной «меткой», выживаемость в условиях S-депривации и изменения количества транскриптов, которые, как ранее было показано, реагируют на уровни S.

Первым мутантом, идентифицированным с использованием этой стратегии, был sac1 (акклиматизация серы). Белок SAC1 играет центральную роль в контроле реакций депривации S (Davies et al., 1996; Zhang et al., 2004). Мутантный штамм не способен синтезировать ARS и демонстрирует аномальное поглощение SO ₄ ^2- в ответ на S-депривацию. По существу, у мутанта sac1 не наблюдалось индукции какого-либо другого гена, связанного с приобретением и ассимиляцией SO ₄ ^2- (Yildiz et al., 1996; Такахаши и др., 2001; Равина и др., 2002; Zhang et al., 2004). Более того, транскрипты нескольких генов, связанных с фотосинтетическим переносом электронов и улучшением повреждающих эффектов, вызванных накоплением активных форм кислорода, повышаются в ответ на депривацию S и, по-видимому, находятся под контролем SAC1. Что касается сбора света и транспорта электронов, транскрипт LHCSR2 накапливается до высоких уровней в ответ на депривацию S, в то время как количество транскриптов, кодирующих многие другие полипептиды LHC, снижается (Zhang et al. , 2004). Эти изменения уровней транскриптов зависят от SAC1.

Транскрипты других генов демонстрируют крайнее накопление в мутанте sac1 ; среди них есть те, которые кодируют два небольших шаперона, которые, как считается, связаны с хлоропластами, HSP22E и HSP22F (см. главу 19). Увеличение этих шаперонов может отражать экстремальную стрессовую реакцию из-за неспособности мутантных клеток к акклиматизации; клетки погибают в течение 2 дней после начала S-депривации (Davies et al., 1996).Эта смерть была связана с потоком электронов из ФС II. Следовательно, модификация фотосинтетического транспорта электронов во время депривации S, по-видимому, имеет решающее значение для выживания клеток. Мутанты, неспособные выполнять эти модификации, будут демонстрировать гипер-редукцию цепи переноса электронов (например, пул PQ), что может отрицательно влиять на клеточный метаболизм, приводя к накоплению активных форм кислорода и обширному повреждению клеток (Davies et al., 1996).

Предполагается, что продукт гена SAC1 будет аналогичен переносчикам Na ⁺ / SO ₄ ^2- ( генов SLT ; Davies and Grossman, 1998). Его предполагаемая полипептидная последовательность и мутантный фенотип sac1 предполагают сходство с дрожжевой системой Snf3p. Snf3p — это дрожжевой «переносчик-подобный» регуляторный белок, который управляет экспрессией генов, участвующих в утилизации гексозы (Ozcan et al., 1996, 1998), но также взаимодействует с другими процессами, связанными со стрессом (Sanz, 2003). Сходство между SAC1 и Snf3p повышает вероятность того, что полипептиды, первоначальная функция которых заключалась в связывании и транспортировке различных субстратов в клетки, могли развиться в регуляторные элементы, которые определяют внеклеточные или внутриклеточные концентрации питательных веществ.Эта информация затем будет передана пути передачи сигнала, участвующему в модулировании эффективности процессов усвоения питательных веществ и настройке клеточного метаболизма в соответствии с потенциалом роста клеток. Два домена TrkA-C, присутствующие в центральной области белка SAC1, могут играть роль в механизмах восприятия и трансдукции. Функция доменов TrkA-C (также известных как RCK-C) изучена недостаточно. Они присутствуют во многих протонных каналах в виде одного или двух тандемных повторов и, как считается, генерируют гомодимерные взаимодействия, которые создают щель между двумя долями транспортного комплекса (Anantharaman et al., 2001; Донг и др., 2005). Подобно SAC1, другие SAC1-подобные белки (SLT) также имеют домены TrkA-C, но имеют четыре тандемных повтора, а не два (рис. 5.4B). Как в SAC1, так и в SLT домены TrkA-C расположены в предсказанной цитозольной гидрофильной петле, которая разделяет два набора трансмембранных спиралей.

Другой мутант, обозначенный sac3 , проявляет конститутивную активность ARS на низком уровне в среде, насыщенной S, но, как и клетки дикого типа, демонстрирует увеличение активности ARS после переноса клеток в среду, лишенную S.Следовательно, SAC3 функционирует прямо или косвенно в поддержании репрессии активности ARS, когда S легко доступен; другие гены, вызванные S-голоданием, также могут отрицательно регулироваться с помощью SAC3 (Ravina et al. , 2002). SAC3, по-видимому, положительно регулирует активность транспортеров SO ₄ ^2-, поскольку, хотя их мРНК все еще увеличиваются во время S-депривации мутанта sac3 , способность мутантных клеток переносить SO ₄ ^{незначительно увеличивается. 2−} (без изменений в V _max для SO ₄ ^{2 − s} ; Davies et al., 1999). Кроме того, в отличие от клеток дикого типа, sac3 не проявляет снижения транскрипционной активности хлоропластов (Irihimovitch and Stern, 2006) во время S-голодания, предполагая, что SAC3 необходим для инактивации сигма-фактора Sig1 хлоропластной РНК-полимеразы, когда клетки являются starved for S.Эта инактивация может включать протеолитические активности, которые зависят от фосфорилирования, поскольку SAC3 кодирует предполагаемую серин-треониновую киназу из семейства SNRK2, специфичного для растений ( SAC3 также был обозначен как SNRK2.2 ). Белковые мишени SAC3 еще предстоит идентифицировать.

Впоследствии мы идентифицировали 49 других мутантов ( мутантов ars ), которые не адаптировались должным образом к S-депривации (Pollock et al., 2005). Последовательности Chlamydomonas , фланкирующие вставку, были определены в 80% этих штаммов, а гены, нарушенные вставками в некоторых ключевых мутантах, приведены в таблице 5.2. Не все мутанты были охарактеризованы по многим ответам, связанным с S-голоданием, но некоторые штаммы, которые были исследованы более подробно, описаны ниже.

Таблица 5.2. Акклимация серы / мутанты арилсульфатазы

Мутант	ARS	Тегированный	Номер доступа	Прогнозирование белка
00 00
ars11	5	Да	EDP06815	SNRK2.1, предполагаемая Ser / Thr киназа. Аналогично SAC3
ars20	10	n.a	EDP00621	Paf1: Предполагаемый регулятор РНК-полимеразы II
ars44	10	Да	EDP06815	SNRK2.1, предполагаемая Ser / Thr. Подобно SAC3
ars53	10	na	EDP03402	HydA1-железный предшественник гидрогеназы
nas63		2 ars63	2 ars63	2 ars63	2
ars75	2	н.a	EDP00156	Вероятно, влияет на SAC1
ars76	2	Да	EDP05314	домен APPLE: опосредует образование димера

EDP09374 9044a

SEC24-подобный белок
ars122	2	Да	EDO96714	SGT-1-подобный (SCF-опосредованное убиквитинирование)
EDO95880	Аденилаткиназа
ars401	2	Да	EDP08005 *	Относительная активность гуанилатциклазы

измерено для родительского штамма в условиях S-депривации. Совместная сегрегация маркера и фенотипа (меченый мутант) определялась генетическим скрещиванием. n.a: не анализировался. Символ * указывает на то, что модель гуанилилциклазы JGI слита с 3′-5′-экзонуклеазой.Номера доступа даны для последовательностей белка дикого типа, на которые, по прогнозам, могут повлиять мутации.

Два аллельных мутанта, ars11 и ars44 , обладают вставками в гене, кодирующем другого члена семейства серин-треонинкиназ; подобно SAC3, кодируемый полипептид подобен белкам семейства SNRK2 и был обозначен как SNRK2.1 (Pollock et al., 2005; Gonzalez-Ballester et al., 2008). Эти мутанты обладают фенотипом, подобным sac1 : отсутствие активности ARS в среде с обедненной S, нарушение поглощения SO ₄ ^2- и более быстрое снижение содержания хлорофилла, чем в клетках дикого типа во время S-депривации.Все эти фенотипические особенности более выражены у мутанта ars11 , чем у мутанта sac1 , что предполагает более центральную роль SNRK2. 1 в контроле реакций голодания S. Некоторые члены семейства киназ Arabidopsis SNRK2, по-видимому, функционируют в контроле S-ограничивающих ответов. Arabidopsis растений со вставками Т-ДНК в SNRK2.3 демонстрируют пониженную индукцию SULTR2 ; 2, который кодирует низкоаффинный транспортер SO ₄ ^2-, а также накапливают OAS (Kimura et al. ., 2006). В целом, пять из десяти генов Arabidopsis SNRK2 демонстрируют повышенную экспрессию после S голодания.

Другой мутант, практически не вызывающий активности ARS во время S-голодания, прерывается для гена, кодирующего предполагаемую гуанилилциклазу ( ars401 ), один из более чем 50 предполагаемых белков этого семейства в Chlamydomonas (Merchant et al., 2007). Было бы интересно выяснить специфичность этих циклаз и биологические процессы, с которыми они связаны.Наконец, мутант, пораженный членом комплекса убиквитинлигазы E3 (тип SCF (Skp1 / Cullin / F-box), ген SGT-1), который участвует в деградации белка, также малоактивен при ОРС, когда переносят в среду без S.

Фенотипы всех мутантов, обсуждаемых выше, могут быть спасены путем введения гена дикого типа, хотя для большинства других мутантов, представленных в таблице 5.2, все еще требуются анализы как связывания, так и комплементации. Кроме того, анализ двойных мутантов поможет определить возможные эпигенетические отношения между различными генами, идентифицированными при скрининге.Несмотря на то, что генетический скрининг, проведенный до сих пор, идентифицировал ряд ключевых белков, участвующих в адаптации Chlamydomonas к S-депривации, что значительно расширило наши знания об этом процессе, только некоторые из мутантов представлены множественными аллелями, что позволяет предположить, что другие гены, которые важны для нормального ответа S-депривации у Chlamydomonas , еще предстоит идентифицировать.

Сера

Сера — один из важнейших элементов.Он используется для производства серной кислоты, которая является самым распространенным промышленным химическим веществом. Сам по себе элемент является важным питательным веществом для растений.

Использование серы

Около 90% произведенной или извлеченной серы используется для производства диоксида серы, который затем превращается в серную кислоту. Большая часть кислоты используется в производстве фосфорных удобрений, которые являются важнейшим компонентом продовольствия в мире.

Еще одно важное применение элементарной серы — это удобрения как самостоятельное питательное вещество для почвы, особенно там, где в почве наблюдается дефицит серы.

Сера начинает использоваться как компонент конструкционных материалов для инфраструктурных лент. Например, добавление гранул серы в асфальт делает дорожное покрытие более прочным и устойчивым к растрескиванию в очень холодных условиях. Бетон из серы получают путем добавления серы в процессе изготовления бетона. Он имеет более гладкую поверхность, что позволяет легко красить. Он прочен и способен противостоять кислой и соленой воде, что делает его возможным материалом для морских преград и плотин.

Годовое производство серы

Весь мир	70 млн тонн
Китай	11 млн тонн
США	9 млн тонн
Россия	7 млн ​​тонн
Канада	6 миллионов тонн
Германия	4 миллиона тонн
Япония	3 миллиона тонн
Саудовская Аравия	3 миллиона тонн

Данные из:
U.S. Геологическая служба, Сводные данные по минерально-сырьевым товарам, 2016 г.

Производство серы

Подавляющее большинство серы извлекается из природного газа и нефти, которые содержат сероводород и широкий спектр органических соединений, содержащих серу (например, CH ₃ SH). Их необходимо удалить, прежде чем природный газ и нефть можно будет использовать в качестве сырья для химической промышленности, поскольку они отравляют катализаторы, которые используются в различных процессах для производства химикатов.В равной степени их необходимо удалить, если в качестве топлива предполагается использовать природный газ или нефть. В противном случае при сжигании топлива в атмосферу будет выброшено большое количество диоксида серы, очень опасного загрязнителя. Органические соединения серы превращаются в сероводород восстановлением водородом. Например:

Газообразный сероводород отделяется от других присутствующих газов путем растворения его в водном растворе органического основания, такого как, например, 2-аминоэтанол (моноэтаноламин).Хотя это сложный процесс, следующее уравнение показывает общую реакцию:

Рис. 1 Большая часть природного газа и нефти содержит большое количество сероводорода и органических соединений серы, которые необходимо удалить, чтобы получить газ и нефть, которые можно использовать в качестве топлива. Они превращаются в элементарную серу, которая нагревается до расплавления, а затем подается по трубопроводу в большие формы, где она затвердевает. Он хранится под открытым небом до тех пор, пока не будет использован для производства серной кислоты.На этой фотографии показана сера, извлеченная на огромном месторождении Лак на юго-западе Франции, где газ очень «кислый», содержащий 16% сероводорода. С любезного разрешения Arkema.

При нагревании раствора соли выделяется чистый сероводород и регенерируется амин. Затем сероводород сжигают с ограниченным количеством воздуха с образованием диоксида серы, серы и водяного пара, а также непрореагировавшего сероводорода:

Сера конденсируется и отделяется.Оставшиеся газы проходят над слоем катализатора из оксида алюминия для преобразования большего количества сероводорода в серу:

Эти две стадии повторяются в трех отдельных циклах для достижения более 95% извлечения серы.

Дата последнего изменения: 11 октября 2016 г.

Сера (S) — химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Сера — это поливалентный неметалл, содержащийся в большом количестве, без вкуса и запаха. В своей самородной форме сера представляет собой желтое кристаллическое твердое вещество.В природе он встречается как чистый элемент или как сульфидные и сульфатные минералы. Хотя сера печально известна своим запахом, который часто сравнивают с запахом тухлых яиц, этот запах на самом деле характерен для сероводорода (H 2 S). Кристаллография серы сложна. В зависимости от конкретных условий аллотропы серы образуют несколько различных кристаллических структур. Приложения Основным производным серы является серная кислота (h3SO4), один из важнейших элементов, используемых в качестве промышленного сырья. Сера также используется в батареях, детергентах, фунгицидах, производстве удобрений, оружии, спичках и фейерверках. Другие области применения — изготовление коррозионно-стойкого бетона, обладающего высокой прочностью и стойкостью к растворителям и множеству других продуктов химической и фармацевтической промышленности. Сера в окружающей среде Жизнь на Земле могла быть возможна из-за серы. Условия в ранних морях были такими, что простые химические реакции могли генерировать ряд аминокислот, которые являются строительными блоками жизни. Сера естественным образом встречается возле вулканов. Самородная сера встречается естественным образом в виде массивных отложений в Техасе и Луизиане в США. Известны многие сульфидные минералы: пирит и маркаист — сульфид железа; стибнит — сульфид сурьмы; галенит — сульфид свинца; киноварь — это сульфид ртути, а сфалерит — сульфид цинка. Другими, более важными сульфидными рудами являются халькопирит, борнит, пенландит, миллерит и молибденит. Основным источником серы для промышленности является сероводород природного газа, основным производителем серы является Канада. Сера нужна всему живому. Это особенно важно для людей, потому что это часть аминокислоты метионина, которая является абсолютной диетической потребностью для нас. Аминокислота цистеин также содержит серу. В среднем человек потребляет около 900 мг серы в день, в основном в виде белка. Элементарная сера не токсична, но многие простые производные серы, такие как диоксид серы (SO 2 ) и сероводород, не токсичны. Сера обычно встречается в природе в виде сульфидов. В ходе нескольких процессов в окружающую среду добавляются серные связи, которые наносят вред животным и людям. Эти повреждающие серные связи также образуются в природе во время различных реакций, в основном, когда уже были добавлены вещества, которые не присутствуют в природе. Они нежелательны из-за неприятного запаха и часто очень токсичны. В глобальном масштабе серные вещества могут оказывать следующее воздействие на здоровье человека: — Неврологические эффекты и изменения поведения — Нарушение кровообращения — Поражение сердца — Воздействие на глаза и зрение — Репродуктивная недостаточность — Повреждение иммунной системы — Желудок и желудочно-кишечные расстройства — Повреждение печени и почек — Нарушение слуха — Нарушение гормонального обмена — Дерматологические эффекты — Удушение и эмболия легких Сера воздух во многих различных формах. Он может вызывать раздражение глаз и горла у животных, когда поглощение происходит путем вдыхания серы в газовой фазе. Сера широко применяется в промышленности и выбрасывается в воздух из-за ограниченных возможностей разрушения применяемых серных связей. Повреждающее воздействие серы на животных — это, в основном, повреждение головного мозга из-за нарушения работы гипоталамуса и повреждение нервной системы. Лабораторные испытания с подопытными животными показали, что сера может вызвать серьезное повреждение сосудов в венах головного мозга, сердца и почек.Эти тесты также показали, что определенные формы серы могут вызывать повреждение плода и врожденные эффекты. Матери могут даже передать своим детям отравление серой через материнское молоко. Наконец, сера может повредить внутренние ферментные системы животных. Источники таблицы Менделеева. Вернуться к периодической таблице элементов . Для получения дополнительной информации о месте серы в окружающей среде перейдите к циклу серы . Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт