Тема: тяжелые металлы как основные токсиканты в экосистеме.

 

План лекции:

1. Значение тяжелых металлов в метаболизме живого организма.

2. Основные экотоксиканты из группы тяжелых металлов.

3. Характеристика отдельных тяжелых металлов.

Тяжелые металлы получили свое название благодаря высоким значениям атомной массы. Они способны накапливаться в растительных и животных тканях, оказывая токсичное воздействие. В небольших количествах некоторые тяжелые металлы необходимы для жизнедеятельности человека. Среди них — медь, цинк, марганец, железо, кобальт, молибден и другие. Однако увеличение их содержания выше нормы вызывает токсичный эффект и представляет угрозу для здоровья. Кроме того, существует около 20 металлов, не являющихся необходимыми для функционирования организма. Наиболее опасные из них — ртуть, свинец, кадмий и мышьяк.

Восемь металлов (ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, стронций, медь, цинк и железо) объединенная комиссия ФАО и ВОЗ включила в число тех компонентов, содержание которых контролируется при международной торговле продуктами питания (1985 г.). В РФ подлежат контролю еще 6 химических элементов (сурьма, никель, хром, алюминий, фтор, йод).

Никель. Сейчас нет сомнения в том, что никельявляется канцерогенным веществом. Он может вызвать профессиональный рак полости носа, придаточных пазух, рак легких. Профессиональные опухоли органов дыхания описаны у рабочих, занятых в производстве электролитического рафинирования никеля, на никелевых рудниках. В Англии среди рабочих, занятых получением никеля, рак легких был выявлен в 25,6%, рак придаточных полостей носа — в 9,9%.

В нашей стране описаны случаи рака легких и полости носа среди рабочих, занятых добычей и переработкой никелевой руды. Канцерогенным действием обладает также карбонил никеля. При обследовании рабочих, работающих на предприятиях, обогащающих никелевую руду, установлено значительное учащение у них заболеваемости раком легкого. В цехах электролиза никеля опухоли легких развивались значительно чаще, чем у населения, не имевшего контакт с никелевой рудой. Работники никелевых предприятий заболевали раком легких не только чаще, но и раньше (в более молодом возрасте), чем работники, других предприятий. Средний стаж работы на никелевых предприятиях равнялся 10,1 года, а средняя продолжительность латентного периода составляла 12,7 года.

Мышьяк. Данные о канцерогенности мышьяка и его неорганических соединений основаны на клинических наблюдениях (производства получения и применения мышьяка и его соединений). Канцерогенность мышьяка в эксперименте на животных окончательно не доказана. Мышьяк при длительном контакте (извлечение его из руд, производство и применение инсектицидов, гербицидов) может быть причиной рака кожи, легких, придаточных пазух, печени, желудочно-кишечного тракта. Среди английских рабочих, имеющих контакт с мышьяком, частота заболевания раком органов дыхания была отмечена в 2 раза, а заболевших раком кожи — в 10 раз больше, чем в контрольных группах.

Профессиональные опухоли кожи, обусловленные действием мышьяка, локализуются как на открытых, так и на закрытых одеждой участках кожи (грудь, подбородок, верхние и нижние конечности). Латентный период в среднем составляет около 15 лет. Нередко рак кожи профессиональной мышьяковой этиологии сочетается с опухолями внутренних органов (легкие, печень, желудочно-кишечный тракт). Случаи заболевания раком кожи и висцеральных органов наблюдаются, например, у лиц, длительно контактирующих с мышьяксодержащими инсектицидами.

Свинец. Это опасный токсикант глобального значения. В настоящее время биосфера интенсивно загрязняется свинцом антропогенного происхождения, массивными источниками которого являются: отходы многих промышленных предприятий, сжигание различных видов топлива, двигатели внутреннего сгорания, в которых используется горючее с присадкой 1% тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора и другие источники.

В пахотном слое почвы вблизи автомагистралей и некоторых предприятий уровень свинца достигает 100-1000 мг/кг. Растения, выросшие на таких почвах, часто содержат свинец до 1 мг/кг и более (при ПДК в овощах и фруктах — 0,5 мг/кг).

В экономически развитых странах основным источником поступления свинца в пищевые продукты являются жестяные консервные банки. Свинец переходит в продукты из оловянного покрытия жести и свинцового припоя в швах банки.

Наиболее многочисленные и тяжелые алиментарные отравления свинцом наблюдались при хранении кислых продуктов жидкой консистенции (простокваша, домашнее вино, пиво, яблочный сок и др.) в глазурованной ке­рамической посуде. Концентрация свинца в этих продуктах составляла 200-1500 мг/л. Источником свинца являлась недоброкачественная, кустарно приготовленная глазурь.

Глазурь фарфоровых изделий не содержит свинца, поэтому их использование безопасно.

Кастрюли, луженные оловом, могут обогащать пищу свинцом, содержащимся в качестве примеси к олову.

За рубежом обнаруживали значительные примеси свинца (тысячи мг/кг) в красителях, применяемых для окраски бумажных и полиэтиленовых пакетов и оберток конфет. Поэтому конфеты и другие изделия должны быть изолированы от упаковок и оберток фольгой или бумажной подверткой.

Алюминий. Не причисляют к биомикроэлементам. Продукты растительного происхождения могут содержать алюминий в концентрации 10-100 мг/кг, продукты животного происхождения — 1-20 мг/кг. Избыточное содержание алюминия в пище неблагоприятно, т.к. алюминий связывает фосфор и ухудшает его всасывание в пищеварительном тракте. Токсичность алюминия очень мала.

Обогащение пищи алюминием может происходить в процессе ее приготовления или хранения в алюминиевой посуде. Растворимость алюминия возрастает в щелочной или кислой среде. К веществам, усиливающим растворение алюминия, относят пигменты из овощей и фруктов, поваренную соль. В процессе приготовления пищи в алюминиевой посуде содержание алюминия в ней может увеличиться в 2 раза.

ПДК для алюминия в нашей стране в пищевых продуктах нормируется от 1 до 30 мг/кг.

В США, Англии на протяжении ряда лет был дискуссионным вопрос об отрицательном влиянии на организм человека пищи, приготовленной в алюминиевой посуде. Пришли к выводу, что использование пищевого оборудования и контейнеров из алюминия для хранения пищи - безвредно.

Все чаще за рубежом алюминий применяется для изготовления консервных банок для безалкогольных напитков, а также посуды, фольги, эластичных упаковок.

Кадмий. Тяжелый металл, представляет собой один изсамых опасных токсикантов среды (например, он значительно токсичнее свинца). В природной среде кадмий встречается лишь в малых количествах. Именно поэтому его отравляющее действие было выявлено лишь недавно. Дело в том, что только в 2-3 последних десятилетия кадмий стал находить все большее техническое применение. Он содержится в фосфатных удобрениях, мазуте и дизельном топливе (и освобождается при его сжигании), его используют в качестве присадки к сплавам, при производстве лаков, эмалей, керамики и пластмасс.

Кадмий в организм человека поступает в основном с пищей в количестве 30-60 мкг/сутки. Экспериментально доказано, что если накопление этого элемента в мозге принять за 1, то в мышцах коэффициент накопления равен также 1, в костях — 15, яичках — 100, яичниках — 250, печени — 500, почках — 1500. Таким образом, почки являются главной мишенью биологического действия кадмия.

Резко возрастает содержание кадмия в рационе при включении в него устриц и других моллюсков, почек, печени. Жители городов примерно 80% кадмия получают с пищей, а 20 % — респираторно, из загрязненной атмосферы и при курении. По сравнению с некурящими, у курящих уровень кадмия в крови в 1,5 раза, а в почках — в 2 раза выше.

Период полувыведения кадмия из организма составляет 13-40 лет. Смертельная доза кадмия для человека составляет 150 мг/кг массы тела.

Больше половины кадмия мы получаем с растительной пищей. Особенно большую опасность представляют грибы, которые часто могут накапливать кадмий в исключительно высоких концентрациях. Так, например, в луговых шампиньонах было найдено до 170 мг/кг кадмия. Поэтому в Германии Федеральное ведомство по здравоохранению рекомендовало употреблять в пищу меньше дикорастущих грибов, а также почек и печени.

Особый интерес гигиенистов вызвал хронический кадмиевый токсикоз-заболевание «итай-итай». Среднесуточное поступление с пищей у заболевших составляло 180-400 мкг. Болели в основном женщины в возрасте 40 лет и старше, преимущественно много рожавшие. Предполагают, что у них был наибольший дефицит кальция. Симптомы отравления: сильная боль в пояснице и нижних конечностях, остеомаляция, остеопороз, дисфункция почек, железодефицитная анемия. Прогноз неблагоприятный. Часто летальный исход.

Эксперты ФАО предложили считать допустимым для взрослых людей недельное поступление кадмия в количестве 500 мкг. ПДК кадмия: молочные продукты — 10 мкг/кг, хлебопродукты, соки, напитки — 20 мкг/кг, овощи и фрукты— 30 мкг/кг, мясо — 50 мкг/кг, рыба — 100 мкг/кг.

Цинк. Является биомикроэлементом, входит в состав около 80 ферментов. Описано много алиментарных отравлений пищей или напитками, хранившимися в течение 4-48 часов в железной оцинкованной посуде. Чаще всего это была жидкая, кислой реакции пища, способствующая растворению цинка: клюквенный кисель, квас, пиво, морс, компоты, квашеные или соленые овощи, лимонад, моченые яблоки, кислый борщ и др. Продукты, послужившие причиной интоксикации, содержали цинка 200-600 мг/кг и более, иногда — 2500 мг/кг. Признаки интоксикации цинком: тошнота, рвота, боль в животе, диарея. Эти симптомы появляются через 3-10 часов после приёма пищи и наблюдаются не более 12-24 часов. В целях профилактики отравления цинком запрещено употребление оцинкованной посуды для приготовления блюд и хранения пищевых продуктов. В оцинкованной посуде разрешается лишь хранение воды.

ПДК цинка в пищевых продуктах: молочные продукты — 5 мг/кг; овощи, фрукты, ягоды, напитки — 10 мг/кг; хлеб — 5 мг/кг; мясо и рыбопродукты — 40 мг/кг.

Ртуть. Испаряется при 0°С, пары значительно тяжелее воздуха (в 7 раз). Металлическая ртуть в промышленности применяется при изготовлении приборов, выпрямителей, ламп дневного света. Используются также ее соединения — каломель (НgСl), азотнокислая ртуть (НgNO₃), сулема (НgСl₂). Проникает ртуть ингаляционным путем, через кожу. Пероральный путь поступления возможен при случайном применении ее солей. Выделяется через желудочно-кишечный тракт и почки, а также с молоком и потом. Накапливается в печени, почках и центральной нервной системе.

Циркулирует в крови в виде альбумината, вступает в реакции с тиосодержащими белками, вызывая нарушения обмена веществ и изменение функционального состояния органов и систем.

Ртуть относится к сильным протоплазматическим ядам. При случайных острых ингаляционных отравлениях поражаются почки (нефрозонефрит), печень (гепатит), желудочно-кишечный тракт (колит).

Хроническая интоксикация (микромеркуриализм) характеризуется функциональными изменениями в центральной нервной системе. Характерными для интоксикации являются астеновегетативные расстройства, ртутный эретизм, тремор конечностей, ртутный стоматит, нарушение функции внутренних органов (печень, почки). Изменяется морфология периферической крови (лимфоцитоз, эозинофилия, ретикулоцитоз). Наличие ртути в моче (более 0,01 мг/л ) имеет диагностическое значение. Интоксикация возникает при содержании ртути в воздухе более 0,1 — 0,2 мг/м.

Хром. Металл, применяется главным образом в сталелитейном производстве, в электросварке, входит в состав цемента. Хромовая кислота и ее окислы (хромовый ангидрид CrO₃, окись хрома Сг₂Оз), бихромат калия (К₂Сr₂O₇) встречаются в гальванических цехах, при электролитической обработке металлов, в текстильной, кожевенной промышленности, а также при получении красителей, катализаторов, паст, в процессе дегидрогенизации углеводородов.

В организм поступает ингаляционным путем в виде паров и аэрозолей, соли проникают через кожные покровы. Хром выделяется почками, молочными железами. Накапливается главным образом во внутренних органах (печень, почки, легкие), а также в волосах.

Хромовые соединения характеризуются общетокcическим, прижигающим и аллергическим действием. Острые отравления возникают очень редко, обычно при случайном вдыхании аэрозолей хромовой кислоты (в концентрации более 20—30 мг/м³),сопровождаются возникновением бронхита. Хромпик (бихромат калия) вызывает изменения в желудочно-кишечном тракте и почках.

Хронические интоксикации сопровождаются различными формами патологии: бронхиальная астма, гастроэнтерит, гепатит. Могут иметь место профессиональные дерматиты. Концентрации соединений хрома в воздухе, которые могут вызывать интоксикацию, обычно превышают 1 мг/м³.

Таким образом, тяжелые металлы являются достаточно распространенными экотоксикантами. Основным их признаком является способность к кумуляции в организме на протяжении длительного времени и отсроченный эффект воздействия.

 

Литература:

1. Барышников И.И., Лойт А.О., Савченков М.Ф. Экологическая токсикология. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1991

2. Гусева Т.В., Хотулева М.В., Виниченко В.Н., Васильева Е.А., Заика Е.А., Красней Е.В., Молчанова Я.П., Печников А.В., Черп О.М. Как организовать общественный экологический мониторинг. М.: Социально-экологический союз, 1998

3. Дж. Уэр. Проблемы загрязнения окружающей среды и токсикологии. М.: Изд-во «Мир», 1993

4. Карпова Б.Д., Ковшило В.Е. Справочник по гигиене труда. М.: Медицина, 1976

5. Ревич Б.А., Аванский С.Л., Тихонова Г.И. Экологическая эпидемиология. М.: Издательский центр «Академия», 2004

 

 

Лекция № 8