Почему тяжелые металлы токсичны

Обновлено: 16.05.2024

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Махниченко Анжела Сергеевна, Пащенко Анна Евгеньевна

Данная статья посвящена вопросу влияния тяжелых металлов на организм человека . Рассмотрен термин тяжелые металлы , источники их поступления в окружающую среду , а также приведены полезные советы.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА»

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Махниченко Анжела Сергеевна, Астраханский государственный технический университет, г. Астрахань

Пащенко Анна Евгеньевна, Астраханский государственный технический университет, г. Астрахань

Аннотация. Данная статья посвящена вопросу влияния тяжелых металлов на организм человека.

Рассмотрен термин тяжелые металлы, источники их поступления в окружающую среду, а также приведены полезные советы.

Ключевые слова: тяжелые металлы, организм человека, окружающая среда, влияние, загрязнение

В настоящее время состояние окружающей среды является важнейшим фактором, определяющим жизнедеятельность и развитие человека и общества в целом. К одним из наиболее распространенных химических загрязнений относится загрязнение тяжелыми металлами. Высокое содержание многих химических элементов и их соединений, обусловлены природными и техногенными процессами, происходящими в окружающем нас мире.

Тяжелые металлы обнаружены во всех природных средах: атмосфере, почве, воде, растениях, животных. По токсичности они занимают второе место в загрязнении окружающей среды и составляют группу наиболее опасных загрязнителей биосферы.

Необходимо отметить, что тяжелые металлы играют важную роль в биосфере, присутствуя в живых организмах в ничтожно малых концентрациях, они выполняют важные функции, но достигая определенной, отличной от нормы, концентрации, они оказывают губительное воздействие на организм человека. Они способны накапливаться в тканях, почках, печени, вызывая серьезные физиологические нарушения, токсикоз, аллергию, онкологические

заболевания, отрицательно влияют на генетическую наследственность.

Тяжелые металлы способны образовывать высокотоксичные металлорганические соединения (МОС), так как обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям, изменять формы нахождения при переходе от одной природной среды в другую, т.е. мигрировать. Миграция соединений тяжелых металлов происходит из-за того, что многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах.

Большой интерес представляют те металлы, которые загрязняют атмосферу в значительном объеме использующиеся в производственной деятельности. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк, именно они представляют серьезную опасность не только для человека, но и для всех организмов на Земле. Располагая сведениями о содержании тяжелых металлов у млекопитающих и растений, можно прогнозировать их влияние на организм человека.

Термин тяжелые металлы, характеризующий группу химических элементов, загрязняющих окружающую среду, получил значительное распространение в настоящее время. Авторы различных научных публикаций трактуют этот термин по-разному. В связи с этим список тяжелых металлов будет включать разные элементы. Существуют классификации, основанные на атомной массе, плотности, токсичности, распространенности в природной среде, степени вовлеченности в природные и техногенные циклы.

Немаловажную роль в классификации тяжелых металлов играет их высокая токсичность. В зависимости от степени токсикологического воздействия химические вещества в соответствии с ГОСТом 17.4.1.0283 подразделяют на три класса:

- I класс (высоко опасные) - As, Cd, Hg, Be,Se, Pb, Zn;

- II класс (умеренно опасные) - B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr;

- III класс (мало опасные) - Ba, V, W, Mn, Sr.

К тяжелым металлам относится более 40 химических элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева с высокой относительной атомной массой и относительной плотностью: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. Когда они находятся в естественных концентрациях, к ним применяют термин «микроэлементы», участвуют в биологических процессах. По А.П. Виноградову (1957), под микроэлементами подразумевают химические элементы, необходимые для растительных и животных организмов.

Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А.Т.Пилипенко (1977), к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить из этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. По другой

классификации, Н.Ф. Реймерса, тяжелые металлы имеют плотность больше 8 г/

см . Следовательно, получится меньше таких элементов: Pb, Zn, Bi, Sn, Cd, Cu, Ni, Co, Sb. В теории, тяжелыми металлами можно назвать все элементы таблицы Менделеева, начиная с ванадия, но что это не совсем так из-за того, что не все элементы находятся в природе в токсичных пределах. По мнению исследователей, занимающихся практической деятельностью, связанной с наблюдением состояния окружающей среды, к тяжелым металлам включают только свинец, ртуть, кадмий и мышьяк. Ю.А. Израэль относит к ним Pb, Hg, Cd, As. Согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором, и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам.

Как в среде нашего обитания появляются тяжелые металлы? Источниками их поступления в окружающую среду являются природные и техногенные процессы. Природными или естественными источниками являются горные породы, но их насыщенность тяжелыми металлами невелика. Кроме того, естественными источниками являются термальные воды и рассолы (Br, Sr, As, Pb, V, Se, Cu и др.), космическая и метеоритная пыль, вулканические газы. Большая часть таких элементов попадает в биосферу - в виде сухих осаждений и атмосферных осадков (15-25%), которые удаляют данные загрязнители, поступающие в атмосферу в виде аэрозольных выбросов.

Техногенное поступление тяжелых металлов связано с присутствием их в сточных водах различных промышленных объектов, черной и цветной металлургии, машиностроением, они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью, а часть элементов входит в состав пестицидов и удобрений и является источником загрязнения окрестных прудов. Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с закислением, выпадением кислотных осадков, переходу металлов в свободное состояние.

В биосферу загрязнители поступают за счет возрастания объемов промышленных выбросов и отходов. Основными техногенными источниками атмосферного загрязнения являются тепловые электростанции (27%), предприятия черной металлургии (24,3%), предприятия по добыче и переработке нефти (15,5%), транспорт (13,1%), предприятия цветной металлургии (10,5%), а также предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов (8,1%), химическая промышленность (1,3%).

К основным отраслям, с которыми связано загрязнение окружающей среды ртутью, относят горнодобывающую, металлургическую, химическую, приборостроительную, электровакуумную и фармацевтическую.

Наиболее интенсивные источники загрязнения окружающей среды кадмием - металлургия и гальванопокрытия, а также сжигание твердого и жидкого топлива.

Если рассмотреть это вопрос с точки зрения химии, то самым главным инициатором повышения уровня растворимых солей тяжелых металлов в окружающей среде являются кислотные дожди. Кислотные дожди снижают плодородие почв, ухудшают здоровье населения. Уменьшение кислотности среды сопровождается переходом тяжелых металлов из малорастворимых соединений в более растворимые в почвенном растворе.

С одной стороны, многие тяжёлые металлы, такие как Fe, Си, 7п, Мо, являются необходимыми для нормальной работа организма человека, так как участвуют в биологических процессах. С другой стороны, накопление данных элементов в тканях организма в большом количестве может оказывать вредное воздействие, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы. Металлы, не несущие пользы организму, такие как ^ и РЬ, считаются токсичными. А часть элементов, токсичная для одних организмов,

Загрязнение окружающей среды - процесс, происходящий в пространстве и во времени, поэтому реакцию человеческого организма на загрязнения иногда очень трудно предугадать. Постоянный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду, в первую очередь, сказывается на здоровье населения, ухудшает качество продуктов сельского хозяйства, снижает урожайность, оказывает влияние на климат отдельных регионов. Большинство человеческих болезней связаны прямо или косвенно с состоянием окружающей среды, которая либо становится причиной возникновения заболеваний, либо способствует их развитию.

Тяжелые металлы вызывают сердечно-сосудистые заболевания, тяжелые формы аллергии, и даже имеют канцерогенные свойства. Они влияют на генетический фон, так как накапливаются в организме с последующим эффектом действия, проявляющимся в наследственных заболеваниях, умственных расстройствах и т.д.

Токсичность тяжелых металлов выражается в связывании их с функциональными группами белковых и других жизненно важных соединений в человеческом организме. Последствием этого является отравление, то есть нарушение нормального функционирования клеток и тканей, которое иногда заканчивается летальным исходом.

Пыль, содержащая соединения с тяжелыми металлами, такими как кремний, мышьяк, ванадий, уменьшает вентиляцию и объем легких, повреждает слизистые оболочки глаз, верхних дыхательных путей, вызывает раздражение

полезна для других.

кожи, повышает смертность от рака легких и кишечника.

Под действием свинца нарушается синтез гемоглобина, возникают заболевания мочеполовых органов, нервной системы. В развитых городах содержание свинца в атмосфере превышает норму в 10 000 раз.

Так же очень опасны загрязнения вод ртутью, так как заражение морских организмов может стать причиной заболевания людей.

Кадмий присутствует во многих сельскохозяйственных удобрениях. Не осознавая этого, каждый день мы получаем этот вредный металл вместе с фруктами и овощами. Кадмий имеет свойство накапливаться и это, в дальнейшем может быть опасным.

Мышьяк так же является вредным для организма веществом. Чаще всего его можно найти в обычной водопроводной воде.

Интересным примером влияния тяжелых металлов может быть Ньютон. В 1692 году он заболел, болезнь была тяжелая и непонятная. Ученый потерял своё душевное равновесие, сон и аппетит, а иногда его даже подводила память. Биографы называли это время «черным годом» жизни великого ученого. Как стало известно позже, виновницей оказалась ртуть и её соли. Известно, что Ньютон обращался к химии и часто проводил опыты с ртутью, подолгу нагревая её, чтобы получить летучие вещества, и даже пробовал получившееся. Оказалось, у него было ртутное отравление, а анализ волос подтвердил, что концентрации высокотоксичных металлов в них сильно превышали нормы.

Тяжелые металлы повсюду - в нашей воде, пище, в бытовых чистящих средствах, и даже в воздухе, которым мы дышим. Некоторые опасны только в больших количествах, а некоторые и в маленьких, особенно если они попали внутрь организма. Симптомы отравления часто путают с другими заболеваниями, хотя каждый из нас имеют немалое количество токсичных элементов в своих клетках.

Одна из самых больших проблем, что токсичные металлы накапливаются и разрушают нас изнутри, а избавиться от них достаточно сложно. Мы предлагаем несколько полезных советов, которые помогут сохранить здоровье:

- противоядием от тяжёлых металлов и их солей является яичный белок.

- если металлическая ртуть рассыпалась, её необходимо засыпать порошком серы или залить раствором хлорида железа (III);

- потребляйте больше Омега-3 жирные кислоты, они отлично подходят для детоксикации тяжелых металлов из ваших клеток;

- консервные банки спаиваются припоем, содержащим определённое количество свинца, поэтому консервы следует перекладывать в стеклянную посуду после её открывания;

- выбирайте органическую или фермерскую продукцию. Убедитесь, что все ваши фрукты, овощи и травы выращивают без использования химических

пестицидов и удобрений;

- для приготовления и хранения пищи нужно использовать только специальную посуду, глазурь, которой покрыта декоративная посуда, содержит соли свинца и кадмия;

- используйте только натуральные моющие средства;

- вдоль дорог следует сажать только декоративные и лесные породы деревьев, а не пищевые, так как этилированный бензин, поглощается растениями, и употреблять их в пищу нельзя;

- полюбите свежий лук и чеснок. Лук, чеснок, лук-шалот содержат высокое содержание серы — мощный природный хелатообразователь, который связывает ионы тяжелых металлов (так же, как кинза и хлорелла) и выводит их через пищеварительный тракт;

- берегите детей. Некоторые детские игрушки содержат токсичные красители, в состав которых входит кадмий.

В результате общего загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы, за счет интенсивных и бесконтрольных выбросов цветной и черной металлургии, предприятий горнодобывающей, металлургической, химической промышленности, происходит интенсивное загрязнение почвы, воздуха, воды и морских организмов, вредными веществами. Они поступают в организм человека и способны накапливаться в костях, тканях, крови, отравляя организм и вызывая мутационные изменения, различные заболевания, а также могут изменять биологический режим работы организма.

В настоящее время люди не информированы о последствиях воздействия тяжелых металлов на человеческий организм, а ведь это воздействие чаще всего может стать губительным для него. Увеличение концентрации тяжелых металлов увеличивает число мутаций, передающихся по наследству, значительно ухудшает здоровье человека.

Загрязнение тяжелыми металлами может быть уменьшено в результате запрещения производства и применения ряда продуктов производства, отрицательно влияющих на человека, введением строгого контроля над отходами производства, а также за пищевыми продуктами, уменьшение техногенных выбросов в биосферу. Мы не должны экономить на очистных сооружениях, методах очистки от вредных элементов, содержащихся в почве и воде, ведь экономя на этом, мы экономим не только на своем здоровье, но и на здоровье нашего будущего поколения.

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. - М.: Высшая школа,1988.

2. Кирпатовский И.П. Охрана природы: Справочник для работников нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1974. - 376 с.

3. Мудрый И.В. Тяжёлые металлы в окружающей среде и их влияние на организм / И.В. Мудрый, Т.К. Короленко // Врачебное дело. - 2002. - № 5/6. - С.

Влияние некоторых тяжелых металлов и микроэлементов на биохимические процессы в организме человека

библиографическое описание:
Влияние некоторых тяжелых металлов и микроэлементов на биохимические процессы в организме человека / Зинина О.Т. // Избранные вопросы судебно-медицинской экспертизы. — Хабаровск, 2001. — №4. — С. 99-105.

код для вставки на форум:

Одними из наиболее вредных для биосферы Земли загрязнений, имеющих самые разнообразные вредные последствия, как для здоровья людей, так и для жизнедеятельности живых организмов, являются загрязнения тяжелым и металлами. Наряду с пестицидами, диоксинами, нефтепродуктами, фенолами, фосфатами и нитратами тяжелые металлы ставят под угрозу саму существование цивилизации. Увеличивающийся масштаб загрязнений окружающей среды оборачивается ростом генетических мутаций, раковых, сердечно-сосудистых и профессиональных заболеваний, отравлений, дерматозов, снижением иммунитета и связанных с этим болезней. В подавляющем большинстве случаев первоисточником загрязнений является экологически безграмотная деятельность человека. Среди опасных для здоровья веществ тяжелые металлы и их соединения занимают особое место, та к как являются постоянными спутниками в жизни человека.

Очень часто многоэлементный анализ используют в медицине при выяснении причин острых и хронических отравлений, а так же при лечении профессиональных болезней, связанных с хроническим воздействием тяжелых металлов на организм в условиях реального производства и экологических особенностей.

В химико-токсикологическом анализе применяется метод минерализации при исследовании биологического материала (органов трупов, биологических жидкостей, растений, пищевых продуктов и др.) на наличие та к называемых «металлических ядов». Эти яды в виде солей, оксидов и других соединений в большинстве случаев поступают в организм через пищевой канал, в соответствующих отделах которого они всасываются в кровь и вызывают отравления.

Важнейшим и «металлическими ядами » являются соединения бария, висмута, кадмия, марганца, меди, ртути, свинца, серебра, таллия, хрома, цинка и соединения некоторых неметаллов (мышьяка, сурьмы). Ряд перечисленных выше химических элементов, соединения которых являются токсичными. В небольших количествах содержатся в тканях организма как нормальная их составная часть, В виду незначительных количеств этих химических элементов. Содержащихся в организме, их называют микроэлементами.

Установлены предельно-допустимые концентрации микроэлементов в организме.

Каждый элемент имеет присущий ему диапазон безопасной экспозиции, который поддерживает оптимальные тканевые концентрации и функции;
У каждого элемента имеется свой токсический диапазон, когда безопасная степень его экспозиции превышена [Mertz, 1982].

Правила Мертца особенно важны для токсикологической химии. Металлы с малыми значениями диапазона концентраций условно отнесены в разные группы по «степени опасности» (чем меньше диапазон, тем «опаснее»):

As, Be, Cd, Hg, Pb, Tl, Zn;
B, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Sb, Sc;
Ba, Mn, Sr, V, W.

Общепризнанно, что наиболее опасными элементами для человека, да и вообще для теплокровных животных, являются кадмий, ртуть и свинец (Cd, Hg, Pb).

Кадмий вызывает отравление, описанное в Японии как болезнь «итаи-итаи» (ох-ох). Название болезни происходит от боли в спине и ногах, сопровождающей остеомаляцию (декальцификацию) костей, что приводит к ломкости костей. Хроническое отравление кадмием разрушает печень и почки, приводя к сильнейшему нарушению функции почек. Избыток кадмия нарушает метаболизм металлов, особенно железа и кальция, нарушает действие цинковых и иных металло-ферментов, блокирует сульфгидрильные группы ферментов, нарушает синтез ДНК. Кадмий легко замещает металлфлавопротеиновых комплексах, где главенствующую роль играют железо и молибден, нарушая двухстадийный процесс окисления.

Ртуть токсична в любой своей форме. Ртуть в природных условиях довольно быстро превращается в летучее токсическое соединение — хлорид метилртути. В организме ионы метилртути быстро попадают в эритроциты, печень и почки, оседают в мозге, вызывая серьезные необратимые кумулятивные нарушения ЦНС. Это приводит, к конце концов, к общему и церебральному параличу, деформации конечностей, особенно пальцев, затрудненному глотанию, конвульсиям и смерти. Ртуть блокирует активность ряда важнейших ферментов, в частности карбоангидразы, карбоксипептидазы, щелочной фосфатазы. Легко замещает кобальт в корриноидах, извращая метаболические реакции, связанные с витамином В12. Повреждение механизма биосинтеза ДНК из-за недостаточности витамина В12 является причиной мегалобластических анемий и наиболее распространенной формы - пернициозной анемии, что приводит к дегенеративным изменениям нервной системы.

Свинец известен как токсическое вещество почти 5 тысяч лет среди греческих и арабских ученых. В современных условиях наибольшим источником загрязнения свинцом среды обитания считаются выхлопы бензиновых двигателей автомашин, поскольку в бензин добавляется тетраэтилсвинец для повышения октанового числа. Свинец препятствует одной из ступеней биосинтеза гема, считается сильнейшим нейротоксином, вызывает повышенную агрессивность. Хроническое отравление свинцом постепенно приводит к нарушениям функций почек, нервной системы, анемии. Токсичность свинца увеличивается при недостатке в организме кальция и железа. Свинец блокирует SH-группы белков, образуя комплексы с фосфатными группами рибозы у нуклеотидов, особенно у цитидина, и тем самым быстро разрушает РНК, ингибирует ферменты, в частности карбоксипептидазу.

Мышьяк относится к числу наиболее сильных и опасных ядов. В присутствии кислорода быстро образует очень ядовитый мышьяковистый ангидрид. При пероральном отравлении высокая концентрация мышьяка наблюдается в желудке, кишечнике, печени, почках и поджелудочной железе, при хроническом отравлении постепенно накапливается в коже, волосах и ногтях. Из-за ингибирования различных ферментов нарушает метаболизм. В процессе отравления первыми страдают аксоны, что приводит к периферической нейропатии и параличу конечностей. Мышьяк считается канцерогенным для человека.

Таллий очень токсичен, зачастую его называют «химическим СПИДом». Таллий, проникая через клеточные мембраны, образует сильные комплексы, например, нерастворимый комплекс с рибофлавином. Это приводит к нарушению метаболизма серы и разрушению иммунной системы. Отравление таллием приводит к гастроэнтеритам, периферической нефропатии, при большой абсорбции к смерти. Через 2-3 недели после небольшого отравления у человека выпадают волосы.

Цинк в виде двухвалентного элемента входит в состав свыше 20 ферментов, включая участвующие в обмене НК. Большая часть цинка в теле человека находится в мышцах, а самая высокая концентрация — в простате. В крови он присутствует в эритроцитах как кофактор в карбоангидразе. Избыток цинка может разбалансировать метаболические равновесия других металлов. Разбалансировка отношения цинк/медь является главным причинным фактором в развитии ишемической болезни сердца. Избыточное потребление солей цинка может приводить к острым кишечным отравлениям с тошнотой. В общем, цинк не очень опасен, а возможность отравления, вероятнее всего зависит от совместного присутствия токсичного кадмия.

Медь является необходимым кофактором для нескольких важнейших ферментов, катализирующих разнообразные окислительно-восстановительные реакции, без которых нормальная жизнедеятельность невозможна. Медь входит в качестве необходимого элемента в состав цитохромоксидазы, тироназы и других белков. Их биологическая роль связана с процессами гидроксилирования, переноса кислорода, электронов и окислительного катализа. В тканях здорового организма концентрация меди в течение всей жизн и поддерживается строго постоянной. В норме существует система, препятствующая непрерывному накоплению мед и в тканях путем ограничения ее абсорбции ил и стимуляции ее выведения. Хронический избыток меди в тканях При соответствующих заболеваниях вызывают токсикоз : ведет к остановке роста, гемолизу, снижению содержания гемоглобина, к деградации тканей печени, почек, мозга. Около 95 % меди в организме присутствует в составе гликопротеина крови церулоплазмина. Известен факт недостатка этого белка При болезни Вильсона-Коновалова - врожденном дефиците метаболизма (гепатолентикулярная дегенерация). Из-за генетического дефекта в синтезе церулоплазмина его содержание в крови резко снижено. В результате медь не связывается в комплекс с нормальной для организма константой устойчивости. Это приводит к недостатк у мед и в цеп и реакций метаболизма, приводящей к естественному для здорового организма синтез у соединительной ткани. Для осуществления нормального процесса сшивки мономеров эластина и коллагена не хватает активной Си-лизолоксидазы. С другой стороны «освободившиеся» ионы меди, лишившись по сути единственного нормального потребителя, откладываются в специфических тканях (печень, ядра мозга, почки, эндокринные железы, радужная оболочка глаз), где оказывают прямой токсический эффект. Создается парадоксальная ситуация избытка меди в специфических тканях при ее недостатке в нормальной цепи метаболизма.

Хром один из наименее токсичных элементов. При острых отравлениях накапливается во внутренних органах. Считается, что трехвалентный хром в виде комплекса с никотиновой кислотой и алифатическим и аминокислотам и работает в организме в качестве «фактора толерантности к глюкозе». Его действие заключается в усилении гипогликемического действия инсулина. В обычных условиях отрицательным является недостаток хрома в организме.

Сурьма — менее токсичный элемент, чем мышьяк. При отравлении накапливается в скелете, почках, селезенке.

Барий в виде двухвалентного катиона ядовит из-за его антагонизма с калием (но не с кальцием). У обоих ионные радиусы подобны. Барий является мускульным ядом. Абсорбированный барий откладывается в костях и в пигментной оболочке глаз.

Марганец — элемент почти нетоксичен, особенно в виде двухвалентного иона. В виде перманганат-иона токсичен из-за окислительной способности. Отравление происходит в случае вдыхания оксида в промышленном производстве.

Серебро. Элемент накапливается в печени и в меньших количествах, но равномерно, в остальных органах и тканях. Отложения серебра отмечено в клубочках почек и в субэпителиальных слоях кож и («аргироз» — голубоватое окрашивание кожи).

При различных патологиях имеет место изменение содержания микроэлементов в организме. Исследование сыворотки больных острым вирусным гепатитом, а также при постгепатитном циррозе показало, что у пациентов с острым гепатитом концентрация цинка почти не менялась, концентрация кадмия значительно увеличивалась. Концентрация меди и марганца незначительно уменьшалась. При хроническом гепатите и постгепатитном циррозе содержание меди и цинка в сыворотке уменьшалось, а кадмия увеличивалось. Содержание марганца почти не менялось. Выделение с мочой меди, превышающее 115 мкг/сутки и сопровождаемое низким содержанием в крови, свидетельствует о синдроме системного заболевания, например, болезни Вильсона-Коновалова. Повышенное содержание в крови и моче алюминия, особенно у пожилых людей, может сопровождать энцефалопатию, болезнь Альцгеймера и другие формы слабоумия, а при почечной недостаточности также остеомаляцию и микроцитарную гипохромную анемию. Повышенное содержание в крови и моче лития характерно для больных с патологией мочевыделительной системы, нефропатиями.

Повышенное относительно ПДК содержание в биологических жидкостях отдельных тяжелых металлов может свидетельствовать о хроническом воздействии токсикантов на организм и перенапряжении работы почек и печени. Это требует мер по очистке организма от избытка тяжелых металлов, например, с помощью препаратов с полианионами (морская капуста) в незапущенных случаях.

Повышенное содержание в крови и моче наиболее токсичных тяжелых металлов (кадмия, ртути, свинца) требует энергичных мер по их выведению, поскольку их избыток разрушает нервную, сердечно-сосудистую и иммунную системы.

Повышенное содержание в крови и моче таллия и селена может пролить свет на причины облысения и плохое самочувствие таких больных.

Повышенное содержание в организме бора должно привлечь внимание к тяжелым металлам, содержание которых не превышает ПДК, т.к. он оказывает синергистское (усиливающее) влияние на их токсические свойства.

Токсичность «металлических ядов» объясняется связыванием их с соответствующими функциональными группами белковых и других жизненно важных соединений в организме. В результате нарушаются нормальные функции соответствующих клеток и тканей в организме, и наступает отравление, которое в ряде случае в заканчивается смертью.

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение. Тяжелые металлы на сегодняшний день представляют собой группу опасных загрязнителей, которым уделяется пристальное внимание, так как все химические соединения или элементы, которые выбрасываются в атмосферу в первую очередь в результате деятельности человека, являются загрязнителями воздуха. Тяжелые металлы, накапливаясь в организме человека даже в небольших дозах, оказывают негативное влияние на многие органы.

Плотность тяжелых металлов по классификации Н. Реймерса, 1992 г составляет более 5 г/ . Атомная масса более 40 единиц. К тяжелым металлам относят Pb , Cu , Zn , Ni , Cd , Co , Sb , Sn , Bi , Hg [1]. Для человека представляют опасность более 10 тяжелых металлов из-за того, что они токсичны и имеют широкий диапазон распространения. Самые токсичные металлы – ртуть, свинец, кадмий [2].

Тяжелые металлы являются естественными компонентами земной коры. Они не могут быть деградированы или уничтожены. В небольшой степени они проникают в наш организм через продукты питания, питьевую воду и воздух. Также тяжелые металлы поступают в организм через легкие и кожу. Некоторые тяжёлые металлы, например медь, селен, цинк необходимы для поддержания метаболизма человеческого тела. Однако при более высоких концентрациях они могут привести к отравлению [3].

Тяжелые металлы опасны тем, что могут накапливаться в растениях и тем самым являются компонентом пищевых цепей (растения являются продуцентами), через которые могут поступать в организм человека. Пример биологической цепи: почва (вода) – растение – животное – продукция – человек (рисунок 1) [1].

Рисунок 1 – Пути поступления тяжелых металлов в организм человека

Состояние здоровья человека напрямую зависит от окружающей среды, что доказывает актуальность решения проблем её загрязнения. Здоровье людей, которые живут в неблагоприятной среде (возле промышленных предприятий, у автотранспортных магистралей и др.) непосредственно находится под угрозой. Выбросы различных химических веществ приводят к нарушению физиологии и к ряду заболеваний, а самое опасное – к онкологиям. Накопление тяжелых металлов приводит к развитию злокачественных заболеваний, к появлению мутаций и рождению детей с нарушением развития. Больше всего от тяжелых металлов страдают дети, так как накопление токсичных свойств происходит еще на эмбриональном этапе онтогенеза. Нередко случаются летальные исходы [4].

Токсичные металлы, такие как мышьяк, кадмий, свинец и ртуть, находятся повсюду, они не оказывают положительного влияния на основные физиологические функции организма человека, напротив приводят к неинфекционным хроническим заболеваниям, что сокращает продолжительность жизни. Свойство тяжелых металлов оседать на стенках способствует засорению почечных каналов и каналов печени, что ослабляет фильтрацию и приводит к накоплению токсинов в организме.

Свинец – один из серьезно опасных токсичных загрязнителей, оказывающий влияние на нервную систему, кровь и почки. Нередко повышенная концентрация свинца приводит к развитию анемии. В результате накапливания свинца в организме происходит снижение умственных и трудовых способностей, расстройство поведения, отставание в развитии. Опасное влияние данный металл оказывает на ребенка, вызывая его умственную отсталость.

Большая концентрация кадмия оказывает влияние на легкие, кости, почки, нарушается метаболизм химических элементов, что приводит к их дефициту (железо, кальций, цинк, медь). Кадмий также ингибирует синтез белков, ДНК (что приводит к различным формам анемии), снижает ферментативная активность [5,6,7].

Ртуть, циркулируя по кровяному руслу, попадает в печень, почки и мозг, что способствует разрушению нервной оболочки, и приводит к блокированию функции проводимости нервных импульсов. Серьезное нарушение органов ЦНС приводит к потере слуха, зрения, обоняния, общему и церебральному параличу, деформации конечностей и смерти. Данный металл с трудом выводится из организма [7].

С помощью лабораторных исследований крови и мочи можно провести диагностику и выявить отравление ртутью, свинцом или кадмием, а также другими металлами. Людям, которые проживают на территориях подверженных техногенному загрязнению, особенно важно обратить внимание на проблему накопления тяжелых металлов.

Заключение. Чтобы снизить риск заболеваний человека, а особенно детей, необходимо уделять внимание экологическим проблемам накопления токсических веществ, а именно тяжелых металлов, в биосфере.

Список литературы:

1. Теплая Г. А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды (обзор литературы). Журнал: Астраханский вестник экологического образования, 2013 г., с. 182-192 (дата обращения 07.05.2020)

4. Чикенева И.В. Последствия влияния тяжелых металлов на окружающую среду в зоне воздействия промышленных предприятий. Журнал: Научно-методический электронный журнал концепт, номер 12, 2013 г., с. 66-70 (дата обращения 07.05.2020)

5. Савченко О.В. Влияние загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами на здоровье детей дошкольного возраста. Журнал: Экология человека, номер 3, 2018 г., с. 16-20 (дата обращения 11.03.2021)

6. Вишневецкий В.Ю., Ледяева В.С. Экологическое прогнозирование загрязнения водных сред тяжелыми металлами. Журнал: Инженерный вестник дона, номер 4-2 (32), 2014 г., с.15 (дата обращения 11.03.2021)

7. Гулиева С. В., Керимова Р. Дж., Юсифова М. Ю. Влияние тяжелых металлов на биохимические процессы в организме человека. Журнал: Academy, номер 12 (39), 2018 г., с. 77-81 (дата обращения 12.03.2021)

VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА ЗДОРОВЬЕ ЛЮДЕЙ

Охрана окружающей среды от загрязнения является насущной задачей общества. Среди многочисленных загрязнителей особое место занимают тяжелые металлы. К ним условно относят химические элементы с атомной массой свыше 50, обладающие свойствами металлов. Среди химических элементов тяжелые металлы являются наиболее токсичными.

Тяжелые металлы опасны, потому что они накапливаются в организме. Это означает, что, с течением времени, повышение их концентрации в тканях достигает выше среднего уровня, включаются в метаболический цикл, могут образовывать высокотоксичные металлорганические соединения, им свойственно изменение формы нахождения при переходе от одной природной среды в другую, не подвергаясь при этом биологическому разложению. Тяжелые металлы вызывают у человека серьезные физиологические нарушения, токсикоз, аллергию, онкологические заболевания, отрицательно влияют на зародыш и генетическую наследственность.

Ртуть, свинец и кадмий являются наиболее вредными для человека и интоксикации этими металлами встречаются наиболее часто. Потребление загрязненных продуктов питания является основным способом проникновения тяжелых металлов в организм. Они не разлагаются при термической обработке продуктов.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами является наиболее актуальной проблемой, так как в последние годы темпы загрязнения окружающей среды принимают всё более угрожающий характер. В сложившейся ситуации необходимо не только усилить исследования по всем аспектам проблемы тяжелых металлов в биосфере, но и периодически подводить итоги для осмысливания результатов, полученных в разных, часто слабо связанных между собой отраслях науки.

На примере ЗАО «Уфимский завод цветных металлов» можно оценить выбросы тяжелых метталов в атмосферу.

Башкирская природоохранная межрайонная прокуратура проверила работу очистных сооружений т.е. надлежащее исполнение экологического законодательства этим предприятием.

Установлено, что предприятие при эксплуатации печи для плавления алюминия не обеспечило надлежащую работу очистных сооружений.

В результате в воздух выделялись высоко опасные вещества, способные нанести здоровью граждан. Так концентрация свинца превысила предельно допустимую норму в 20 раз, кадмия – в 16.

Кроме того, завод размещал на городской свалке производственные отходы, запрещенные к захоронению на ее территории.

По представлению прокурора предприятие разработало план устранения выявленных нарушений и обеспечило надлежащую работу установки очистки газа.

К трудностям очистки газов от загрязнителей относится в первую очередь то, что объемы промышленных газов, выбрасываемых в атмосферу, огромны. Например, крупная теплоэлектроцентраль способна в один час выбросить в атмосферу до 1 млрд. куб. метров газов. Поэтому даже при весьма высокой степени очистки отходящих газов количество загрязняющего вещества, поступающего в воздушный бассейн, будет оцениваться значительной величиной.

Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и эффективных способов защиты её от загрязнения, а также способов предупреждения вредного воздействия загрязнителей воздуха. Атмосфера может содержать определённое количество загрязнителя без проявления вредного воздействия, т.к. происходит естественный процесс её очистки.

Первым шагом в установлении вредного воздействия, связанного с загрязнением воздуха, является разработка критерия качества воздуха, а также стандартов качества.

Как правило, на промышленных предприятиях используются процессы или устройства для газоочистки и пылеулавливания, чтобы уменьшить или предотвратить величину выброса. Процессы газоочистки могут также разрушить или менять его химические или физические свойства так, что он становится менее опасным.

Другим подходом к улучшению состояния атмосферы является требование применения передовых технологических процессов, замена вредных материалов безвредными, применение мокрых способов обработки сырья вместо сухих.

Стандарты качества определяют уровни качества воздуха и предельно допустимые выбросы (ПДВ), которые необходимо выдерживать для обеспечения безопасности жизни.

Наиболее активной формой защиты окружающей среды является:

1. Создание безотходных и малоотходных технологий;

2. Совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду;

3. Экологическая экспертиза всех видов производств и промышленной продукции;

4. Замена токсичных отходов на нетоксичные;

5. Замена неутилизируемых отходов на утилизированные;

6. Широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.

В качестве дополнительных средств защиты окружающей среды применяют:

1) аппараты и системы для очистки газовых выбросов от примесей;

2) вынесение промышленных предприятий из крупных городов в малонаселённые районы с непригодными и малопригодными для сельского хозяйства землями;

3) оптимальное расположение промышленных предприятий с учётом топографии местности и розы ветров;

4) установление санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий;

5) рациональную планировку городской застройки обеспечивающую оптимальные условия для человека и растений;

6) организацию движения транспорта с целью уменьшения выброса токсичных веществ в зонах жилой застройки;

7) организацию контроля за качеством окружающей среды.

8)Площадки для строительства промышленных предприятий и жилых массивов должны выбираться с учётом аэроклиматической характеристики и рельефа местности.

9)Промышленный объект должен быть расположен на ровном возвышенном месте, хорошо продуваемом ветрами.

10)Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предприятия, в противном случае преимущество высоких труб для рассеивания промышленных выбросов практически сводится на нет.

11)Взаимное расположение предприятий и населённых пунктов определяется по средней розе ветров тёплого периода года. Промышленные объекты, являющиеся источниками выбросов вредных веществ в атмосферу, располагаются за чертой населённых пунктов и с подветренной стороны от жилых массивов.

Антонова Ю.А., Сафонова М.А. ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ГОРОДСКИХ ПОЧВАХ // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 11 – С. 43-44

Байсеитова Н. М. Фитотоксичное действие тяжелых металлов при техногенном загрязнении окружающей среды [Текст] / Н. М. Байсеитова, Х. М. Сартаева // Молодой ученый. — 2014. — №2. — С. 382-384.

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПРОЦЕССЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ.

Тяжелые металлы являются основными поллютантами на территории Оренбургской области. Впервые термин «тяжелые металлы» был введен немецким химиком Леопольдом Гмелиным (Leopold Gmelin) в 1817 году, который разделил известные в то время химические элементы на три группы: неметаллы, легкие и тяжелые металлы. Однако до сих пор не существует общего мнения, что же понимается под термином «тяжелые металлы». Более того, в техническом отчете IUPAC ( International Union of Pure and Applied Chemistry – Международного союза теоретической и прикладной химии) за 2002 год было отмечено, что термин «тяжелый металл» имеет неверное значение из-за противоречивых определений. В настоящее время выделены лишь критерии, по которым определяется принадлежность того или иного химического элемента к данной группе. К таким критериям относят: плотность, атомный вес и атомное число. Часто словосочетание «тяжелые металлы» рассматривается с точки зрения экологической безопасности, и тогда при включении химического элемента учитывают не столько его химические и физические свойства, а его биологическую активность, токсичность для живых организмом, его распространенность, и степень вовлеченности в природные и техногенные процессы.

К тяжелым металлам относятся преимущественно распространенные и весьма токсичные загрязняющие вещества. Они широко применяются в различных отраслях промышленного производства, поэтому несмотря на созданные очистные мероприятия, концентрация тяжелых металлов достаточно велика. Наибольший интерес, представляют тяжелые металлы, которые наиболее часто и в больших объемах используются в производстве, и представляют наибольшую опасность с точки зрения их биологической активности и токсического эффекта. К тяжелым металлам относятся: ртуть, кадмий, свиней, висмут, цинк, кобальт, никель, висмут, олово, сурьма, ванадий, молибден, марганец, медь.

Многие тяжелые металлы относятся к микроэлементам, т.е к химическим элементам содержащиеся в организме в очень малых концентрациях (менее 0,005%).

Значительное количество химических элементов оказывают определенный эффект на метаболические процессы и физиологические функции в живом организме. Помимо благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы, например на фотосинтез у растений.

При увеличении содержания металлов в почве снижается ее общая биологическая активность, и это резко отражается на росте и развитии растений, причем реакция растений на избыток металлов может быть разная. Металлы распределяются в тканях растений неравномерно. Преимущественно они накапливаются в листьях.

Токсичность тяжелых металлов, связана с их физико-химическими свойствами, со способностью образовывать прочные соединения с рядом функциональных групп на поверхности и внутри клеток растений. К основным симптомам «отравления» растений относят: задержку роста и развития, изменение цвета и увядание листьев, недоразвитость корневой системы.

Поэтому целью данной работы являлосьпроведение экспериментального исследования по изучению содержания тяжелых металлов и активности каталазы в живых организмах на территории Оренбургской области.

Объектами исследования были: растения Secale cereale L. (рожь озимая) и Triticum (пшеница яровая), аквабионт Carassius carassius (карась обыкновенный) из закрытого водоема Александровского района Оренбургской области.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- количественное определение содержания подвижных форм тяжелых металлов в Carassius carassius и в водоеме обитания.

- изучение активности фермента каталазы двух видов растений: Secale cereale L. и Triticum в зависимости от различной концентрации свинца;

Материал и методы исследования

Выполнение измерений массовой концентрации цинка, меди, свинца, и кадмия основано на концентрировании и последующем измерении атомного поглощения металла в концентрате в воздушно-ацетиленовом пламенем горелки на резонансной спектральной линии металла, излучаемой соответствующей лампой с полым катодом. Исследование количественного содержания цинка, меди, свинца и кадмия . проводилось на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Формула ФМ 4000». Измеряемая величина абсорбционности атомного пара металла, была пропорциональна его концентрации в анализируемом растворе.

Титрометрическое определение активности каталазы растений проводилось после воздействия различных концентраций свинца от 0,001 до 1 г/дм 3 на проростки ржи и пшеницы. По разности между опытной и контрольной пробой находилось количество перманганата, эквивалентное количеству разложенного ферментом пероксида водорода.

Исследование концентрации подвижных форм тяжелых металлов в воде закрытого водоема Александровского района Оренбургской области представлено в таблице 1. Результаты показывают, что содержание меди и свинца превышает уровень ПДК.

Таблица 1 – содержание подвижных форм тяжелых металлов в закрытом водоеме Александровского района Оренбургской области.

Читайте также: