Статьи о тяжелых металлах

Обновлено: 04.10.2024

В обзоре рассмотрен комплекс факторов нерадиационной природы, которые могли воздействовать на ликвидаторов аварии на Чернобыльской АЭС: демографическая, социальная и профессиональная неоднородность группы, обусловливающая дифференциацию рисков; эффекты тяжелых металлов, «горячих частиц», химических соединений, психогенного стресса, социальных неурядиц в постперестроечный период, алкоголизации, курения и скрининга. Все эти факторы, как правило, имели значительную интенсивность, в отличие от радиационного воздействия для большинства субъектов. Сделан вывод, что учащение и большая тяжесть некоторых социально значимых патологий у контингента ликвидаторов может быть обусловлена уникальным комплексом преимущественно нерадиационных факторов, ассоциируемых, однако, именно с конкретной радиационной аварией.

Котеров А.Н., Ушенкова Л. Н., Бирюков А.П. Специфический комплекс нерадиационных факторов риска социально значимых патологий у ликвидаторов аварии на Чернобыльской АЭС // Саратовский научно-медицинский журнал, Vol. 10, Issue 4, 2014, pp. 782-796

Тяжелые металлы (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Cr) в биогенном детрите микрокосмов с водными организмами (публикация автора на scipeople)

Metals were measured in the biogenic detritus that accumulated over 8 months in the microcosms with Viviparus viviparus and Ceratophyllum demersum. Their concentrations were measured using atomic absorption spectroscopy (AAS). The concentrations decreased in the order: Fe > Mn > > Zn > Cu > Pb > Cd > >Cr. Following the addition of the metals (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Cr) into the water of the microcosm, those metals were found in the sedimented detritus at concentrations higher than in the control. The most pronounced increase was found for Cd (the increase by the factor of over 3), and for Cr (the increase by the factor of over 100). The new data confirm the recent theory of the polyfunctional role of the biota in water quality control and water selfpurification. Keywords: monitoring, water systems, heavy metals, detritus, freshwater microcosms, aquatic organisms. микрокосмы, Microcosms, тяжелые металлы, биогенный, детрит, Viviparus viviparus, Ceratophyllum demersum, Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Cr, биогеохимия, модельная водная система,
2010, № 2, с. 53-56.

Формы соединений марганца в темно-каштановой почве при моно- и полиэлементном загрязнении тяжелыми металлами (публикация автора на scipeople)

Королёв А.Н. Панин М.С. - Формы соединений марганца в темно-каштановой почве при моно- и полиэлементном загрязнении тяжелыми металлами , 2010

Монография посвящена изучению содержания форм соединений марганца в темно-каштановой среднесуглинистой почве сухо-степной зо-ны Казахстана в условиях моно-, би- и полиэлементного загрязнения тяже-лыми металлами (Pb, Zn, Cu, Cd, Cr) и трансформации его соединений в системе «почва - проростки пшеницы».

Последствия влияния тяжелых металлов на окружающую среду в зоне воздействия промышленных предприятий (публикация автора на scipeople)

Изучение последствий техногенного накопления тяжелых металлов и антропогенного загрязнения природной среды в настоящее время приобрело исключительно важное значение для здоровья и безопасности населения. Выбросы, поступающие с промышленных предприятий, оказывают мощное техногенное воздействие на окр.

Recent publications in 2011-2013. Ecology, environment, water, nanomaterials (публикация автора на scipeople)

д.б.н.Сергей Андреевич Остроумов, МГУ. Sergei Andreevich Ostroumov, recent publications. Ecology, environment, water, nanomaterials. Публикации 2011-2013, ключевые слова: экология, экотоксикология, биохимическая экология, окружающая среда, экологическая химия, биогеохимия, загрязнение среды, водные .

Влияние антропогенных процессов на распространение элементов в почвах техногенных ландшафтов черноморского побережья россии (публикация автора на scipeople)

Матасова И.Ю. - Труды XV международной научной конференции «Высокие технологии в биологии, медицине и геоэкологии», 2007 , 2007

Рассмотрено влияние антропогенных процессов на распространение элементов в почвах техногенных ландшафтов Черноморского побережья России.

Рассмотрено влияние антропогенных процессов на распространение элементов в почвах техногенных ландшафтов Черноморского побережья России

Геохимические особенности природных и техногенных ландшафтов черноморского побережья россии (публикация автора на scipeople)

Рассмотрены геохимические особенности природных и техногенных ландшафтов Черноморского побережья России.

Рассмотрены геохимические особенности природных и техногенных ландшафтов Черноморского побережья России

Особенности распространения ряда тяжелых металлов в почвах техногенных ландшафтов черноморского побережья россии (публикация автора на scipeople)

Матасова И.Ю., Головинский П.Л., Алексеенко В.А. - Материалы III междунар. молодежной научной конф. "Школа экологической геологии и рационального недропользования", г. С-Пб, изд-во СПбГУ, 2003 , 2003

Рассмотрены особенности распространения ряда тяжелых металлов в почвах техногенных ландшафтов Черно-морского побережья России.

Рассмотрены особенности распространения ряда тяжелых металлов в почвах техногенных ландшафтов Черно-морского побережья России

Геохимические особенности развития виноградников в низкогорных областях черноморского побережья россии (публикация автора на scipeople)

Алексеенко В.А., Матасова И.Ю., Головинский П.Л., Бофанова А.Б., Аваков О.О. - Материалы научной конференции по монтологии, г. С-Пб, изд-во Русского географического общества, 2002 , 2002

Рассмотрены некоторые геохимические особенности развития виноградников в низкогорных областях Черноморского побережья России.

Рассмотрены некоторые геохимические особенности развития виноградников в низкогорных областях Черноморского побережья России

ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

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.

Тяжелые металлы и здоровье человека Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

Аннотация научной статьи по ветеринарным наукам, автор научной работы — Черных Н. А., Баева Ю. И.

Проведен анализ имеющихся в настоящее время материалов по действию разных концентраций тяжелых металлов на здоровье человека. Представлены уровни содержания элементов в организме человека и их распределение по органам. Рассмотрено токсическое действие высоких концентраций ряда тяжелых металлов на живые организмы.

Heavy metals and person health

The analysis of materials available now on action of different heavy metals concentration on the person health is lead. Levels of the element maintenance in an organism of the person and their distribution on bodies are submitted. Toxic action of high heavy metals concentration on organisms is considered.

Текст научной работы на тему «Тяжелые металлы и здоровье человека»

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА H.A. Черных, Ю.И. Баева

Экологический факультет, Российский университет дружбы народов, Подольское шоссе, 8/5, 113093, Москва. Россия

В процессе изучения химии металлов и их биохимических циклов в биосфере обнаруживается двойственная роль, которую они играют в физиологии: с одной стороны, большинство металлов являются необходимыми для нормального течения жизни; с другой, при повышенных концентрациях они проявляют высокую токсичность, то есть оказывают вредное влияние на состояние и активность живых организмов. Траница между необходимыми и токсичными концентрациями элементов здесь расплывчата, что осложняет проведение достоверной оценки их воздействия на окружающую среду. Количество, при котором некоторые металлы становятся действительно опасными, зависит не только от степени загрязнения ими экосистем, но также от химических особенностей каждого металла и от деталей его биохимического цикла.

В табл. 1 представлены ряды молярной токсичности металлов для разных видов живых организмов.

Представительная последовательность молярной токсичности металлов [8]

Организмы Ряды токсичности

Цветущие растения Hg>Pb>Cu>Cd>Cr>Ni>Zn

Кольчатые черви Hg>Cu>Zn>Pb>Cd

Для каждого вида организма порядок расположения металлов в рядах таблицы слева направо отражает увеличение молярного количества металла, необходимого для проявления эффекта токсичности. Минимальная молярная величина относится к металлу с наибольшей токсичностью.

В настоящее время имеются сведения о мутагенном действии ряда металлов (табл. 2).

Для комплексной оценки воздействия элемента необходимо различать четыре уровня концентрации:

- дефицит элемента, когда организм страдает от его недостатка;

- оптимальное содержание, способствующее хорошему состоянию организма;

- терпимые концентрации, когда депрессия организма лишь начинает проявляться;

- губительные для данного организма.

В зависимости от концентрации и времени контакта металл может действовать по одному из указанных типов.

Элементы, обнаруженные в ДНК и вызывающие мутации [6]

Металлы, обнаруженные в составе ДНК Металлы, вызывающие мутации у:

микроорганизмов растений насекомых млекопитающих

А1 Аб • Аз Аб Аб

Со Со Сс1 Сй Сй

В ответ на поступление в организм •избыточных концентраций элементов живой организм способен ограничивать или даже устранять возникающий при этом токсический эффект благодаря наличию определенных механизмов детоксикации. Специфические механизмы детоксикации в отношении ионов металлов в настоящее время изучены недостаточно. Многие металлы в организме могут переходить в менее вредные формы следующими путями [И]:

- образование нерастворимых комплексов в кишечном тракте;

- транспорт металла с кровью в другие ткани, где он может быть иммобилизован (как, например, РЬ2+ в костях);

- превращение печенью и почками в менее токсичную форму.

Так, в ответ на действие токсичных ионов свинца, ртути, кадмия и др. печень и почки человека увеличивают синтез белков невысокой молекулярной массы, в составе которых примерно 1/3 (из 61) аминокислотных остатков является цистеином. Высокое содержание и определенное расположение сульфгидрильных БН-групп обеспечивают возможность прочного связывания ионов металлов.

Механизмы токсичности металлов в целом хорошо известны, однако весьма сложно найти их для какого-либо одного конкретного металла. Один из таких механизмов — конкуренция между необходимыми и токсичными металлами за обладание местами связывания в белках, так как ионы металлов стабилизируют и активируют многие белки, входя в состав многих фермент-

ных систем. Кроме того, многие белковые макромолекулы имеют свободные сульфгидрильные группы, способные вступать во взаимодействие с ионами токсичных металлов, таких как кадмий, свинец и ртуть, что приводит к возникновению токсических эффектов. Тем не менее, точно не установлено, какие именно макромолекулы при этом наносят вред живому организму. Проявление токсичности ионов металлов в разных органах и тканях не всегда связано с уровнем их накопления — нет гарантии в том, что наибольший урон наносится в том месте организма, где концентрация данного металла выше. Так, ионы свинца (И), будучи более чем на 90% от общего количества в организме иммобилизованными в костях, проявляют токсичность за счет 10%, распределенных в иных тканях организма. Иммобилизацию ионов свинца в костях можно рассматривать как процесс детоксикации.

Токсичность иона металла обычно не связана с его необходимостью для организма. Однако для токсичности и необходимости имеется одна общая черта: как правило, существует взаимозависимость ионов металлов друг от друга, равно как и между ионами металлов и неметаллов, в общем вкладе в эффективность их действия. Так, например, токсичность кадмия проявляется ярче в системе с недостаточностью по цинку, а токсичность свинца усугубляется недостаточностью по кальцию. Сходным образом адсорбцию железа из овощной пищи подавляют присутствующие в ней комплексообразующие лиганды, а избыток ионов цинга может ингибировать адсорбцию меди и т.д. [7].

Определение механизмов токсичности ионов металлов часто осложняется существованием различных путей их проникновения в живой организм. Металлы могут попадать с пищей, водой, впитываться через кожу, проникать путем ингаляции и др. Поглощение с пылью — вот главный путь проникновения при промышленном загрязнении. В результате вдыхания большинство металлов оседает в легких и только потом распространяется в другие органы. Но наиболее распространенный путь поступления токсичных металлов в организм — прием с пищей и водой.

Особый интерес представляет содержание химических элементов в организме человека (табл. 3). Данные в таблице соответствуют уровням их нормального содержания. Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, то есть макро- и микроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов (содержание в организме находится в пределах 10"3 - 10'5%) накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо для многих металлов.

Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержаться в них в высоких концентрациях. Известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе; йод — в щитовидной железе; ванадий, наряду с алюминием и мышьяком, накапливается в волосах и ногтях; кадмий, ртуть, молибден.— в почках; олово — в тканях кишечника; стронций — в предстательной железе, костной ткани; марганец — в гипофизе и тд. В организме микроэлементы могут находиться как в связанном состоянии, так и в виде свободных ионных форм. Установлено, что алюминий, медь и титан в тканях головного мозга находятся в виде комплексов с белками, тогда как марганец — в ионном виде.

Элементный состав организма человека [11 ____________

Эле- мент Мышечная ткань, % Костная ткань, % Зольная часть организма, % Кровь, мг/л Общее содерж. в орга-низме средн. чел. (70 кг)

сердце печень мозг

Тяжелые металлы повседневности. Часть 1

В прошлом году компания Longevica предложила мне поработать со своим продуктом, не смотря на свое образование и опыт работы в том числе и со старением, мне пришлось пройти большой путь чтения и глубоких интервью, что бы разобраться с концепцией. Концепция продления жизни у компании включает в том числе и снижение уровня тяжелых металлов: в клетках, в питании, в организме - во всем, что окружает нас. В серии статей на Хабр я решил показать свой путь скептика и обсудить открытые вопросы, как в научной области, так и в области техники и инженерии.

Само словосочетание "тяжелые металлы" у меня, как у обывателя, вызывает ассоциации с грибами растущими у шоссе или всплесками радиоактивности, но о продуктах в магазине, а уж тем более о риске для собственного здоровья я не задумываюсь. Точнее не задумывался.

В этой статье я приведу поразившие меня факты о тяжелых металлах. Последние научные данные показывают, что даже при уровне тяжелых металлов ниже официально допустимого (т.е. в пределах нормы) их влияние негативно. Попытаюсь разобраться откуда действительно появляются тяжелые металлы у современного человека в организма, и расскажу про всемирные инициативы по снижению их уровня.

Что такое "тяжелые металлы"?

Прежде чем перейти к самому вопросу, логично определиться, что такое “тяжелые металлы”, оказалось это очень плохой термин, так как он не научный и у него нет определения. Очень тут меня выручил автор Троицкого Варианта Захар Слуковский [1], который написал о своих мытарствах при подаче научной статьи с термином "heavy metals" . Процитирую из его текста.

В 2002 году Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) выпустил технический отчет, готовившийся в течение 1999–2001 годов, где, ссылаясь на все предшествующие работы по критике термина heavy metals, было сказано, что данный термин является бессмысленным и вводящим в заблуждение, так как за почти 60 лет его использования он не получил четкого определения, основанного на химии (Duffus, 2002).

С точки зрения науки словосочетание "тяжелые металлы" некорректно, и, как увидим в комментариях к этой статье, спорить об этом можно бесконечно.
Оказывается само словосочетание бытовое, как и слово микроб, например. Да, оно пришло из науки, но из той науки, где не было систем и классификаций.
Изначально тяжелыми металлами считались элементы с плотностью выше 4,5 г/см, но по мере движения к систематизации с 1817 до нашего термин расплодил более 30 определений, а эксперты начали бороться с ним еще с конца 1980-х.

Что же выбрать как термин?

Основным документом, на который я ориентировался это американский план "Closer to Zero" по снижению "toxic elements" в детском питании принятый в 2021 году. Это самый современный документ, касающийся каких-либо планов по снижению уровня химических элементов из списка тяжелых металлов, в самом плане говорят не "тяжелые металлы", а "токсичные элементы", дальше в статье буду использовать термин "Toxis Elements" (TE), а "тяжелые металлы" оставлю лишь в заголовке для привлечения внимания к вопросу.

Американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов выбрало четыре "тяжелых металла" для снижения в первую очередь: мышьяк (англ. arsenic), свинец (англ. lead) и кадмий (англ. cadmium) и ртуть (англ. mercury). Они наиболее распространены и оказывают, по-видимому, самый существенный эффект с точки зрения массового здравоохранения.

Toxic elements и здоровье

Следующий вопрос это уровень доказательности во влиянии TE на здоровье. Вопрос, который меня интересует "Видим ли мы ухудшение здоровья при повышении уровня тяжелых металлов в организме и в каком диапазоне концентраций?"
Я искал связь смертности от всех причин (all cause mortality) и уровня выбранных TE в крови. Оказывается ученые не часто измеряют тяжелые металлы в крови или моче в эпидемиологических исследованиях, и хороших наборов данных не много. Нас выручает серия регулярных американских исследований диет и здоровья NHANES (National Health and Nutrition Examination Survey) [5], проводимых с 80х годов каждые 3-5 лет с числом участников от 10 до 40 тыс человек. В этой серии исследований TE измеряют.
Для 26 000 американцев (1999-2014 гг.) общий уровень TE в крови (свинец, кадмий и ртуть) и в моче (10 разных токсичных элементов) показал связь с риском смертности. Относительный риск был в диапазоне 1.22 до 1.94, то есть если сравнить людей с низким и высоким уровнем суммарным риск смертности может быть в полтора раза выше. Простыми словами: "почти в полтора раза можно снизить риск смертности, снизив общий уровень ТE до низкого". Из всего, что я прочитал это самое сильное утверждение вытекающее из статистики.

В том же исследовании было показано, что именно кадмий и в крови и в моче оказывает самое существенное влияние. И это данные для людей без отравления. Обычных людей. У одних высокий уровень, а у других низкий. Более того, именно после этой статьи стало понятно, что снижать тяжелые металлы имеет смысл в любом диапазоне.

Кадмий отдельно ученые смотрели на том же наборе данных NHANES, используя выборку 1999-2004 годов. Для восьмидесятого процентиля, то есть для тех, у кого уровень кадмия на уровне верхних 80% среди всех американцев (из 9000 человек в исследовании) уровень кадмия давал вклад 7 процентов в общий риск смертности и 9 в риск сердечно сосудистых.
Поиск позволяет найти десятки подобных публикаций (почти все они на тех же данных) и похожий уровень ассоциации с различными причинами смертности от почек и диабета до сердечно сосудистых осложнений.
Стоит сказать, что поскольку одним из основных факторов повышения кадмия обычно считается курение, при статистическом анализе обязательным образом разделяют вклад кадмия и курения как отдельных факторов. Дело не просто в дыме, а как мы увидим дальше и вообще не в нем.
Именно для кадмия изначально сигаретный дым был основным источником, но борьба с курением с 80х годов практически убрала этот фактор в западном мире.

На графике снижение кадмия с 80х годов произошло именно благодаря снижению сигаретного дыма (пассивного и активного) как утверждают авторы статьи [6].

Предварительный вывод такой: токсичные элементы (кадмий, ртуть, мышьяк и свинец) влияют на здоровье, потенциально значимо сокращают жизнь во всем диапазоне и появляются в организме из окружающей среды. Интересно, что является основным источником?

Токсичные элементы в детском питании

Если просто начать искать тему "heavy metals food", на первые места поиска выходят статьи от 2021 года с заголовками "Heavy metals in baby food". 4 февраля 2021 года производители детского питания проснулись в холодном поту. Конгресс США опубликовал данные по уровню "тяжелых металлов в детской еде", в котором выявлены превышения уровней всех четырех наших TE в детском питании, более того, расследование обнаружило отсутсвие внутренного контроля на одних фабриках, а на других пренебрежение собственными стандартами [7].
Привожу ниже результаты отчета по свинцу, но прежде скажу, что разрешенные нормы свинца в детском питании в Европе [9] 20 ppb (частей на миллиард), что равно 0,020 мг/кг, в США по детям нашел максимум для конфет 100 ppb и для 50 ppb для сока [8]. Отчет конгресса показывает содержание TE выше этих норм.
А теперь выдержка из отчета конгресса США.

"Свинец присутствовал в продуктах детского питания всех ответивших компаний.

Компания Nurture (HappyBABY) продавала готовые продукты детского питания, содержание свинца достигает 641 ppb. Почти 20% готовой продукции детского питания, протестированного компанией питания содержало более 10 частей на миллиард свинца.

Beech-Nut использовала ингредиенты, содержащие до 886,9 частей на миллиард свинца. Он использовал многие ингредиенты с высоким содержанием свинца, в том числе 483 ингредиента, которые содержали свинца более 5 частей на миллиард, 89 содержащих свинец более 15 частей на миллиард и 57 с содержанием более 20 частей на миллиард.

Hain (Earth’s Best Organic) использует ингредиенты, содержащие 352 ppb свинца. Хейн использовал много ингредиентов с высоким содержанием свинца, в том числе 88, в которых было протестировано содержание свинца более 20 частей на миллиард, и шесть, в которых было установлено содержание свинца более 200 частей на миллиард.

Гербер использовал ингредиенты, содержание свинца в которых достигало 48 частей на миллиард; и использовал много ингредиентов, содержащие более 20 частей на миллиард свинца. "

Слова Best и Organic особенно меня улыбнули в этом контексте. Может быть здоровая еда это не органическая, а что-то другое.
Несколько производителей не ответили на первый запрос конгресса. По итогам расследования почти во всех 50 штатах были поданы иски на производителей, по-видимому, родители получат возмещение по сделке, если у ребенка проявились расстройства, такие как Аутизм или СДВГ. Пример типичной американской конторы, которая помогает родителям получить возмещение по ссылке [10].

Механизмы поражения токсичными элементами

В чем проблема с этими тяжелыми металлами?
1 - они реакционно способны и будут вступать в реакции там, где их не ждут. И хотя в организме много возможно более реактивных натрия или кальция, но в физиологических концентрациях наш организм знает, что с ними делать.
2 - они 2-х валентные и могут с большей константой связывания заменять Цинк и Магний в реакционных центрах ферментов. хотя есть другие двухвалентные редкие металлы (хром, марганец и медь), они не так необратимо связываются, пожалуй самым сильным по связи с местами посадки магния является кадмий. Концентрация кадмия на порядки меньше, а связывание на порядки выше, возможно дефицит магния может усугублять последствия TE. Один только магний поддерживает более 300 известных реакций в организме.

Не углубляясь в Биохимию в этой статье, хочу процитировать вводную часть научной статьи о механизмах действия тяжелых металлов [11].
Острые или хронические отравления могут возникать при контакте с водой, воздухом и пищей. Бионакопление этих тяжелых металлов приводит к разнообразному токсическому воздействию на самые разные ткани и органы организма. Тяжелые металлы нарушают клеточные процессы, включая рост, пролиферацию, дифференцировку, процессы восстановления повреждений и апоптоз. Сравнение механизмов действия показывает сходные пути для этих металлов, чтобы вызвать токсичность, включая образование ROS (активных форм кислорода), ослабление антиоксидантной защиты, инактивацию ферментов и окислительный стресс. С другой стороны, некоторые из них обладают избирательным связыванием со специфическими макромолекулами. Некоторые токсичные металлы, включая хром, кадмий и мышьяк, вызывают нестабильность генома. Дефекты репарации ДНК после индукции окислительного стресса и повреждения ДНК тремя металлами считаются причиной их канцерогенности. Даже при современных знаниях об опасности тяжелых металлов частота отравлений остается значительной и требует профилактического и эффективного лечения.
Неслабо, да?

Эволюция живого и история использования токсичных элементов

Мне как биологу интересно рассуждать об эволюции живого и проблеме, следую за Добжанским: “ничего не имеет смысла, кроме как в свете эволюции” [12]. Понятно, что большинство металлов “не намазано ровным слоем” по земле, скорее наоборот, они концентрируются в местах, где земная мантия выходит к поверхности. В других (в большинстве) местах их сильно меньше. Жизнь научилась использовать некоторые металлы, например железо, в своих целях и приспособила к этому свою машинерию, например то же самое железо в молекуле гемоглобина связывает кислород и углекислый газ для транспортировки к легким. Другие металлы жизнь не встречала (токсичные элементы) в больших количествах и научилась их выводить из организма неспешно. Так продолжалось миллионы лет.
Потом пришел человек и начал ковырять застывшую мантию земной коры и доставать оттуда разные интересные штуки, например пигменты для красок. Доставать и добавлять их во всякое: краски, бензин, зубные импланты, средства для производства шляп. Таким образом в клетках была достигнута “быстрая” отравляющая доза, когда эффект виден очень быстро
И у Ван-Гога (отравление свинцом [13] из-за красок) и у сумасшедшего шляпника (отравление ртутью [14] использовавшейся для производства шляп) психопатологические отклонения были на лицо.

Мартовский Заяц:… Нужно всегда говорить то, что думаешь.
Алиса: Я так и делаю, по крайней мере… По крайней мере я всегда думаю то, что говорю… а это одно и то же…
Шляпник: Совсем не одно и то же. Так ты еще чего доброго скажешь, будто ``Я вижу то, что ем`` и ``Я ем то, что вижу``, - одно и то же!

Мы то с вами в 21-м веке и бензин у нас unleaded (неэтилированный – это бензин который не содержит тетраэтилсвинца в своем составе). Мы скоро уберем свинцовую краску в старых домах. Перешли на новые пломбы. Бросили курить. Не разбиваем электронные градусники. При чем тут тогда история с отравлениями?

Моя гипотеза для вас, гипотеза имеющая целую цепочку проверяемых фактов, что в небольших количествах яд продолжает работать так же как и в больших, но медленнее. Мы не сойдем с ума и не отрежем себе уши, мы просто сократим время жизни на 5-15% в зависимости от того, насколько нам повезет с местом производства нашей ежедневной еды.
Именно еда, вода и воздух стали сегодня самыми важными источниками тяжелых металлов, и судя по эпидемиологическим исследованиям (как те, что в начале статьи) есть коэффициент наклона кривой, который отражает влияние нашего текущего уровня тяжелых металлов на продолжительность жизни. Больше металлов, короче жизнь.

За пределами этой статьи остались механизмы нашего организма для борьбы с кадмием, проверка американскими лабораториями добавок на предмет содержания тяжелых металлов и возможности технологий в производстве и выращивании еды.

Я пиарюсь в этой части статьи
Обо всем этом я рассказываю в своем канале и напишу вторую и третью часть для этой серии здесь. Как всегда рад вдумчивым комментариям.

Тяжелые металлы – перечень, свойства и риски элементов

Официально такой группы химических элементов не существует. Однако металлурги, аграрии, особенно экологи, оперируют понятием «тяжелые металлы». Этот сегмент привлекает повышенное внимание.

Что представляют собой

Термин «тяжелые металлы» еще двести лет назад пытался ввести в научный оборот немецкий химик Лео Гмелин.

Однако в номенклатуре Международного союза, курирующего вопросы теории и практики химии (IUPAC), такое подразделение отсутствует.

Промышленность

В академических и промышленных кругах циркулирует четыре десятка критериев, по которым металл признается тяжелым.

Самые популярные основания:

Атомный номер выше 50.
Плотность 5+ г/см3.

На практике чаще востребован второй критерий.

То есть к тяжелым металлам относятся элементы с плотностью, превышающей 5 г/см3.

В соответствии с ним таковыми считаются:

Традиционные: железо, медь, хром, марганец, кобальт, олово, свинец, никель, цинк.
Менее известные: кадмий, молибден, вольфрам, сурьма. Плюс экзотика – галлий, теллур.
И самые коварные – ртуть, таллий, висмут.

На бытовом уровне они считаются токсичными элементами. Подобное отождествление некорректно.

Не каждый тяжелый металл токсичен, но таким способно стать при благоприятных условиях безобидное вещество.

Экология, медицина

У экологов и врачей свои подходы. Для них тяжелыми металлами являются особо значимые (полезные либо опасные) для биологических организмов элементы.

Суровее критерии Организации Объединенных наций (ООН). В соответствии с ее экологической доктриной, тяжелыми считаются стабильные металлы либо металлоиды, их соединения (особенно соли тяжелых металлов) с плотностью более 4,5 г/см3.

Критерий действует с 1998 года.

Классификация

Кроме плотности, маркером принадлежности к группе служат температура плавления, степень использования, другие свойства.

На основании этого выделяют следующие виды тяжелых металлов:

Редкие – галлий, висмут, таллий, кадмий. – молибден, вольфрам, хром. – кадмий, кобальт, свинец, ртуть, олово, галлий, таллий, висмут.

Самый тяжелый металл планеты – иридий. Кубик с ребром в 1 см весит 22,6 грамма. Но вещество попадает на Землю только с метеоритами.

Иридий

В сегменте обычных земных «тяжеловесов» лидирует вольфрам – он на три грамма легче. Это восьмая позиция среди металлов.

Откуда берутся

Естественных поставщиков тяжелых металлов четыре:

Горное сырье. Чаще это магматические либо осадочные породы.
Породообразующие минералы. У меди, например, это малахит и другие минералы.
Вулканы. Частицы вещества извергаются попутно с вулканическими продуктами (газами, гейзерами).

Еще один источник – Вселенная. Вещество заносится в стратосферу метеоритами либо облаками космической пыли.

Получение продукта

На большинстве металлургических комбинатах сырье плавят в доменных и мартеновских печах. Это оборудование из позапрошлого века делает процесс тяжелым, опасным для экологии и человека.

Внедрение « зеленых » технологий продвигается медленно, поскольку требует инвестиций.

Результат недостаточной очистки отходов производства – высокое содержание вредных компонентов. Следствие – загрязнение почвы, воды, воздуха.

Влияние на экологию

Особо опасные загрязнители биосферы – именно тяжелые металлы. Самая вредная форма соединений – соли.

Пути поступления

Загрязнение биосферы происходит следующими способами:

Металлургия. Выбросы в процессе плавки, обжига. Вымывание тяжелых веществ из отвалов месторождений либо меткомбинатов водой, выветривание.
Агросектор. Полив плантаций, удобрение полей илом бытовых стоков либо пестицидами.
Быт. Использование как топлива торфа, угля, другого сырья.
Автобаны. Свинцом, цинком, кадмием насыщены обочины автострад.

Свинец пропитывает почву минимум на 100 м по обе стороны дороги.

Свинец

Способы очищения

Почва очищается от такого груза десятилетиями, иногда столетиями.

Концентрация цинка уменьшается наполовину спустя столетие, кадмию требуется вдвое меньше.

Медь исчезает через три столетия, свинец – через десять:

Токсичные соединения растворяются в воде.
В почве процесс активируют влажность и растительность.

Флора вытягивает «свои» металлы. Так, лишайники «кушают» цинк, никель, медь.

Самородная медь

Токсичность тяжелых металлов возрастает с увеличением атомного номера.

Воздействие на человека

Влияние большинства таких веществ двояко:

Микродозы цинка, железа, меди задействованы в биологических процессах. Например, поддержании уровня гемоглобина в крови.
Превышение микродоз опасно: тормозится работа нервной системы, сердца, почек, других органов. Разрушается скелет, идет разбалансировка жизненных процессов.
Токсичны бесполезные свинец, ртуть.

Отравление организма внешне проявляется как тошнота, рвота, головная боль, нарушение координации движений. Плюс более тяжелые последствия, до летального исхода.

В зоне риска следующие категории:

Работники меткомбинатов.
Жители мегаполисов, окрестностей автострад.
Потребители продуктов со стихийных рынков (не прошедших санитарный контроль).

Уровень загрязненности территории экологи определяют благодаря местным животным.

Чуткие «индикаторы» загрязненности на европейской части – лоси, мышь-полевка, кроты, бурый мишка.

Читайте также: