Тяжелые металлы и мышьяк
Обновлено: 05.10.2024
Свинец–один из самых распространенных и опасных токсикантов, особенно для детей. Источники загрязнений – выбросы предприятий, производящих свинец, энергетические установки, работающие на угле и жидком топливе, а также двигатели внутреннего сгорания, работающие на топливе с присадками, содержащими свинец. Накопление свинца происходит в воде, атмосфере, в растениях, мясе сельскохозяйственных животных, особенно вблизи промышленных центров и автомагистралей. Механизм токсичного действия свинца обусловлен блокированием SH-rpynn жизненно важных ферментов. Свинец проникает в нервные и мышечные ткани, образует соединения с молочной кислотой и фтором, которые создают клеточный барьер для поступления ионов кальция. В результате развиваются парезы и параличи, служащие признаками интоксикации свинцом. Свинец нарушает синтез гемоглобина, нуклеиновых кислот, протеинов и гормонов, может вызывать гибель эритроцитов, в результате чего развивается анемия. Токсикант попадает в организм через легкие и желудок. ДСД, по данным ФАО и ВОЗ, составляет не более 0,007 мг/кг, ДУ в зависимости от вида продукции колеблется от 0,02 до 10 мг/кг.
Ртуть– один из самых опасных и высокотоксичных элементов, обладающих способностью накапливаться в организме. Миграция ртути в окружающей среде осуществляется за счет переноса ее паров от наземных источников в Мировой океан и циркуляции метилпроизводных соединений ртути, образуемых в процессе жизнедеятельности бактерий, обитающих в почве и в донных отложениях водоемов. Ртуть взаимодействует с SH-группами белков, нарушает обмен аскорбиновой кислоты, токоферолов, белков, минеральных веществ. ДСД ртути 0,0007 мг/кг, ДУ от 0,0005 до 1,0 мг/кг. Наиболее высокое содержание ртути отмечается в рыбе и рыбопродуктах, например в пресноводной хищной рыбе 0,6 мг/кг, в тунце, меч-рыбе и белуге 1 мг/кг.
Кадмийв больших дозах оказывает сильное токсическое действие, особенно на почки, нервную систему, легкие, костные ткани. Доза в 30-40 мг может вызвать летальный исход. Кадмий является антагонистом металлов, входящих в состав молекул ферментов (цинка, кобальта, селена и др.), и ингибирует их активность; блокирует SH-группы белков. Около 80 % кадмия попадает в организм с пищей и 20 % – из атмосферы и при курении. В продукты питания попадает с фосфатными удобрениями, навозом, при использовании некоторых антигельминтных и антисептических ветеринарных препаратов. ДСД кадмия 1 мг/кг, ДУ от 0,001 до 2,0 мг/кг (в моллюсках и ракообразных).
Медь в отличие от ртути и мышьяка играет важную роль в организме человека. Этот элемент входит в состав целого ряда ферментных систем; его дефицит приводит к заболеваниям, в том числе анемии, замедлению процессов роста и др. При избытке меди нарушаются механизмы адаптации, высокие концентрации могут вызывать поражение легких. Основные источники — промышленные выбросы, передозировка химических средств защиты растений, переход ионов меди в пищу из посуды и тары. В настоящее время нормируется для животных жиров и коровьего масла. ДУ 0,4 мг/кг.
Цинкнеобходим для нормального обмена веществ организма, входит в состав 80 ферментов. При его недостатке происходят замедление роста, нарушение обоняния, восприятия вкуса, функции половых органов и др. Избыток металла вызывает интоксикации – тошноту, рвоту, боли в желудке, диарею. Загрязнение продуктов питания происходит от выбросов промышленных предприятий, оцинкованной железной посуды или тары, при нарушении правил использования пестицидов. ДУ нормируется только для пектина – 25 мг/кг.
Оловонормируется для консервов в сборной жестяной таре, которая является потенциальным источником загрязнений. ДУ 200 мг/кг. Токсичная доза олова (300-500 мг/кг) вызывает симптомы острого гастрита. Хром необходим для поддержания нормального уровня глюкозы в организме, но его избыток приводит к поражению почек, печени. Большие дозы могут вызывать острые отравления с летальным исходом. Для консервов в хромированной таре ДУ 0,5 мг/кг. Профилактические меры предупреждения отравления – покрытие внутренней поверхности тары стойкими лаками и полимерными материалами, строгое соблюдение сроков хранения консервов.
Железоактивно участвует в обмене веществ в организме человека, однако его избыток может оказывать токсическое действие. Загрязнение пищевых продуктов происходит при контакте с металлическим оборудованием, тарой. Для пищевых жиров и масла коровьего ДУ 1,5 мг/кг.
Никельпоступает в продукты питания из сырья животного и растительного происхождения, а также при контакте продуктов с оборудованием. Избыток никеля может вызывать онкологические заболевания и заболевания кожи. ДУ установлены для продуктов с гидрогенизированными жирами (0,7 мг/кг) и сахароспиртов (2,0 мг/кг).
Мышьяк содержится во всех объектах биосферы, особенно в морской воде, морепродуктах. Мышьяк может вызывать хронические (признаки — потеря аппетита, желудочно-кишечные расстройства, конъюнктивит, болезни кожи) и острые отравления; разовая доза 30 мг смертельна для человека. В организме накапливается в основном в волосах, ногтях и коже. Мышьяк блокирует SH-группы ферментов, отвечающих за тканевое дыхание, деление клеток и другие жизненно важные процессы. В пищевые продукты попадает в основном из ядохимикатов, использующихся в сельском хозяйстве. ДСД около 3 мг/кг, ДУ в зависимости от вида продукта от 0,05 до 5 мг/кг.
Пестициды– химические вещества, применяемые в сельском хозяйстве для защиты растений от заболеваний, вредителей и сорных растений, а также в качестве дефолиантов, десикантов и регуляторов роста. Пестициды подразделяют на хлор-, ртуть- и фосфорорганические соединения, медьсодержащие фунгициды и др. Пестициды подразделяют по силе действия ядовитых веществ с учетом среднелетальной (ЛД5о в мг на 1 кг массы тела) и пороговой (вызывающей минимальные нарушения) доз при однократном поступлении и разных способах попадания в организм (через кожу, легкие, желудочно-кишечный тракт). По способности накапливаться в организме, т.е. по кумулятивным свойствам, их подразделяют на четыре группы: вещества, обладающие сверхкумуляцией, выраженной, умеренной и слабовыраженной кумуляцией.
В сельском хозяйстве при выращивании зерновых культур используют пестициды хлорорганической группы – гексахлорбензол, гербициды группы 2,4-Д (кислота, ее соли и эфиры), для протравливания семян (для борьбы с бактериальными и грибными заболеваниями) – ртутьорганические пестициды. В связи с этим проводится контроль за указанными соединениями в зерновых культурах, семенах бобовых и пшеничной муке. ДУ гексахлорбензола для продовольственного зерна и пшеничной муки 0,01 мг/кг; наличие ртутьорганических пестицидов и гербицидов группы 2,4-Д во всех перечисленных выше продуктах не допускается. Учитывая высокую степень токсичности и устойчивость гербицидов, а также возможность их попадания в водоемы, проводится обязательный контроль гербицидов группы 2,4-Д в живой, охлажденной, мороженой рыбе и в некоторых продуктах из нее ДУ пестицидов колеблется в широких пределах в зависимости от вида продуктов.
Микотоксины– ядовитые соединения, которые выделяются в процессе метаболизма (жизнедеятельности) плесневых грибов в окружающую среду, в том числе пищевые продукты или корма. Заболевания, вызываемые микотоксинами, у людей и животных называют микотоксикозами.
Несвоевременная уборка зерновых, нарушение режимов технологической обработки, хранения, транспортирования и реализации пищевых продуктов и кормов могут привести к развитию микроскопических плесневых грибов и накоплению в них микотоксинов. При температуре 20…30°С и высокой относительной влажности воздуха плесневые грибы активно развиваются на многих пищевых продуктах. Более 70% этих плесеней могут вырабатывать микотоксины. В настоящее время известно более 120 видов микотоксинов. Большинство из них обладают высокой степенью кумулятивности, термостабильны и сохраняют токсичность при технологической обработке сырья и продуктов.
В настоящее время разработаны методы контроля и установлен обязательный мониторинг для шести наиболее распространенных микотоксинов для продуктов, в которых наиболее вероятно их присутствие. Грибы Aspergillus flavus и A. parasiticus продуцируют афлатоксины B1, B2, G1,G2, M1 и M2, из которых наиболее распространены и опасны В1 и М1 Присутствие плесени на продукте не является доказательством наличия афлатоксина и, наоборот, отсутствие видимого глазом роста плесени не означает отсутствие афлатоксина. Афлатоксины оказывают гепатотоксическое, гепатоканцерогенное, мутагенное, тератогенное и иммунодепрессивнос действие.
Источниками афлатоксина В1 чаще всего бывают орехи (особенно арахис), зерновые, бобовые, семена масличных, какао-бобы, а также продукты их переработки, в том числе сахаристые кондитерские изделия. ДУ афлатоксина В1 составляет от 0,0005 до 0,7 мг/кг; ЛД50-2мг/кг. Афлатоксин М1 менее токсичный, обнаружен в молоке и молочных продуктах (при развитии плесеней на кормах токсин переходит в молоко), ДУ 0,0005 мг/кг.
В зерновых культурах и продуктах их переработки (крупа, мука, хлеб, хлебобулочные, сухарные и бараночные изделия, мучные кондитерские изделия) нормируется содержание следующих токсинов: дезоксиниваленол (ДОН)-ДУ 0,7-1 мг/кг; Т-2 токсин –ДУ 0,1 мг/кг, зеараленон – ДУ 0,2-1,0 мг/кг. ДОН и Т-2 токсины относятся к трихотеценовым токсинам, так как их молекулы содержат ядро трихотецена; они продуцируются грибами родов Fusarium, Trichodcrma, Myrothecium и др.; оказывают нейротоксическое, лейкопеническое, им-мунодепрессивное, дермотоксическое, тератогенное и другие виды воздействия. Зеараленон вырабатывается грибами Fusarium graminearum, F. moniliforme, F. tricinctum, вызывает эстрогенный синдром, обладает тератогенным действием.
Патулин–продукт обмена грибов Pcnicillium expansurn, P. patulum, P. urticae, развивающихся на свежих и переработанных плодоовощных продуктах, и Byssochlamis nivea — термоустойчивого гриба, выделенного из фруктовых соков. Патулин обладает канцерогенными и мутагенными свойствами. ДУ 0,05 мг/кг устанавливается для овощных и плодово-ягодных консервов, соков, напитков, джемов, варенья и т.п.
Нитраты, нитриты и нитрозоамины.Нитраты – естественные компоненты растительных продуктов питания. Однако при нарушении внесения доз азотистых удобрений или при неблагоприятных условиях выращивания в продукции растениеводства накапливается избыточное количество нитратов. ДСД нитратов 5 мг/кг.
Избыточное содержание нитратов оказывает иммунодепрессивное действие, однако основную опасность нитраты представляют как предшественники нитритов, которые образуются из нитратов при участии фермента нитратредуктазы. Ферментативное превращение может происходить как вне организма при участии нитратредуктазы микроорганизмов или собственных ферментов; имеющихся в продуктах, так и под действием ферментов бактерий, находящихся в полости рта и в пищеварительном тракте.
Нитриты используют в посолочных смесях и в качестве консервантов при производстве многих мясопродуктов, колбас, сосисок, рыбы, сыров и др. Они реагируют с вторичными аминами и превращаются в канцерогенные соединения – нитрозоамины, а также реагируют с гемоглобином (Fe 3+ ), образуя метгемоглобин (Fe 2+ ). При этом снижается способность крови переносить кислород и при сильном отравлении возможен летальный исход. Особенно опасны нитриты для грудных детей, так как у них в красных кровяных тельцах отсутствует фермент, который у взрослого человека способен частично переводить метгемоглобин в гемоглобин. Нитриты взаимодействуют со многими витаминами (аскорбиновой и фолиевой кислотами, рутином и др.) и инактивируют их.
Наибольшую опасность представляет способность нитритионов участвовать в реакциях нитрозирования с образованием нитрозоаминов, оказывающих канцерогенное, мутагенное и тератогенное воздействие. Существует много типов нитрозосоединений, механизм их действия различен. Содержание нитрозоаминов нормируется для мяса, птицы, рыбы, продуктов их переработки, мясорастительных и рыбных консервов, зерновых, животных жиров, пива, вина и других алкогольных напитков. ДУ для суммы НДМА (нитрозодиметиламина) и НДЭА (нитрозодиэтиламина) составляет 0,002 мг/кг для мяса и мясопродуктов; 0,003 мк/кг – для рыбы и рыбных продуктов, пива; 0,004 мг/кг – для копченых продуктов.
Содержание нитратов контролируется в свежих, завороженных, сушеных, консервированных плодах, овощах, ягодах, в мясорастительных консервах, в варенье, джемах, соках, напитках и др. ДУ установлен в зависимости от вида продукта.
Антибиотики (АБ)широко используют в животноводстве и птицеводстве с целью профилактики и лечения эпизоотических заболеваний, ускорения откорма, консервации кормов и т. д. Около половины производимых в мире антибиотиков применяется в животноводстве. Они способны переходить в ткани животных и накапливаться в мясе, молоке, яйцах и других продуктах животноводства. Поэтому не разрешается использовать в сельском хозяйстве и пищевой промышленности АБ медицинского назначения. АБ могут оказывать сенсибилизирующее действие, приводить к изменению состава полезной микрофлоры кишечника, вырабатывать лекарственную устойчивость организма. В связи с этим осуществляется обязательный контроль за содержанием АБ в продуктах, имеющих потенциальную опасность. Не допускается наличие левомицетина и АБ тетрациклиновой группы. Кроме того, в мясе, субпродуктах, птице и продуктах их переработки не допускается содержание гризина и бацитрацина; в яйцах и продуктах их переработки – стрептомицина и бацитрацина;в молоке и продуктах его переработки — стрептомицина и пенициллина.
Радионуклидыконтролируют во всех видах пищевых продуктов и в сырье. Радиоактивное излучение считается одним из наиболее экологически неблагоприятных факторов в связи с тем, что у организма человека не существует соответствующих защитных механизмов. Радиационный фон Земли за последние десятилетия резко возрос за счет увеличения количества искусственных радионуклидов, образовавшихся в результате человеческой деятельности.
Степень поражения зависит от источника облучения, величины поглощенной дозы и времени воздействия. Облучение дозами, превышающими допустимый уровень, вызывает мутагенный и канцерогенный эффекты. Большую опасность представляет пролонгированное хроническое облучение, которое создает риск отдаленного эффекта с непредсказуемыми последствиями. Такую опасность несут в себе продукты питания, содержащие повышенные дозы радионуклидов. Особенно это относится к долгоживущим радионуклидам, которые способны мигрировать по пищевым цепям, накапливаться в органах и тканях,' подвергать хроническому облучению костный мозг, костную и другие ткани, кровь и создавать риск развития злокачественных новообразований и генетических нарушений.
Для питьевой воды бутилированной и воды минеральной нормируется показатель общая а-радиоактивность (0,1 Бг/л) и общая β-радиоактивность (1,0 Бг/л). При распаде радиоактивных элементов образуются разные виды ионизирующих излучений. α-излучение – поток положительно заряженных частиц, скорость которых около 20000 км/с; β-излучение – поток отрицательно заряженных частиц, движущихся со скоростью света.
В продуктах питания нормируется ДУ для цезия-137 и стронция-90. Цезий-137 попадает в организм человека в основном с продуктами питания, примерно 80 % его откладывается в мышечных тканях внутренних органов, биологический период полувыведения (БПП) составляет в среднем 100 сут; период полураспада (ППР) – 30 лет. Стронций-90 поступает в организм через желудочно-кишечный тракт и накапливается в основном в костных тканях, БПП от 90 до 150 сут., ППР 28 лет.
В продуктах питания животного происхождения радионуклидов накапливается на 2-4 порядка меньше, чем в продукции растениеводства. ДУ для Цезия-137 составляет 50-2500 Бк/кг, для стронция-90 – 25-250 Бк/кг. Установлено, что обогащение рациона питания рыбой, кальцием, калием, фтором, ламинарией, пищевыми волокнами и пектиновыми веществами способствует выведению указанных веществ из организма.
В каких продуктах есть тяжелые металлы, и чем они вредны?
К тяжелым металлам относятся: свинец, кадмий, ртуть, никель, олово и другие. Почти все тяжелые металлы токсичны.
Как они попадают в организм человека?
Тяжелые металлы попадают в организм человека через загрязненный воздух, воду, почву и потребительские товары. Основной источник — это продукты питания, поэтому санитарными нормами жестко нормируется содержание в них и в продовольственном сырье тяжелых металлов.
Свинец
По словам экспертов Автономной некоммерческой организации «Центр биотической медицины», россияне чаще всего сталкиваются со свинцом, который имеет свойство накапливаться в организме. В основном это связано с выбросами от автомобилей, работающих на низкокачественном бензине. Также свинец поступает в организм из промышленных и бытовых отходов.
Мышьяк
Среди типичных причин бытовой интоксикации мышьяком следует упомянуть табакокурение и злоупотребление вином. В некоторых регионах России имеются местности с высоким содержанием мышьяка в питьевой воде, что вызывает у части населения хроническое отравление этим элементом. Также мышьяк может поступать в организм в повышенных количествах с атмосферным воздухом, его концентрация превышена вблизи котельных и ТЭЦ, работающих на угле.
Кадмий
Кадмий попадает в организм при дыхании, чаще всего, из табачного дыма. Также для многих промышленных районов России характерно индустриальное загрязнение кадмием, связанное с металлургическим производством, хранением и переработкой бытовых и промышленных отходов.
Ртуть
Ртуть в организм человека попадает в основном вместе с морепродуктами, а также через зубные пломбы. Например, амальгамы на 50% состоят из ртути. Что же касается термометров, которые все так боятся, то спешим вас успокоить: металлическая ртуть в них, сама по себе, редко бывает опасной. Лишь ее испарение и вдыхание паров ртути могут привести к развитию фиброза легких.
Никель
Никель проникает в организм как с пищей, так и через кожу и слизистые оболочки. Например, через никелированную посуду и столовые приборы. Также в зоне риска люди, у которых есть зубные коронки. Отдельная группа — это профессиональный контакт в машиностроении, металлургии, угледобыче и других отраслях промышленности.
Олово
Олово имеет умеренный токсичный эффект и в целом не относится к особо токсичным металлам. Может наблюдаться повышенное содержание в волосах из-за контакта на производстве или в быту.
Тяжелые металлы в воде и продуктах питания
Рыба и морепродукты. В рыбе и морепродуктах может быть найден кадмий, в особенности, если это морепродукты (мидии и устрицы), а также мышьяк. Так, в трех из шести образцах были выявлены превышения предельно допустимой концентрации мышьяка от 1,1 до 2,5 раз. Речь идет про треску, морской окунь и креветки.
Мышьяк и лед: экспертиза трески
Увеличение употребления рыбы в рационе более 1-2 раза в неделю может приводить к избыточному содержанию ртути в волосах.
Овощи и фрукты. Чаще превышение кадмия встречается в таких категориях, как «овощи и бахчевые» и «картофель» — 10% и 19% соответственно. Также высокая концентрация кадмия встречается в следующих продуктах: фасоль, кинза, укроп, петрушка, сельдерей. Во фруктах концентрации мышьяка, кадмия и свинца довольно низкие. Эксперты отмечают, что превышения свинца и кадмия были зафиксированы в яблоках, а мышьяка — в бананах.
Кадмий может повстречаться даже там, где его совсем не ждешь! Например, в приправе «Хмели-сунели».
Питьевая вода. Как утверждают эксперты, вода из-под крана в Москве не содержит свинца, кадмия, мышьяка и никеля. Однако, в некоторых регионах России имеются местности с высоким содержанием мышьяка в питьевой воде, что приводит к отравлению.
Ранее Росконтроль публиковал результаты экспертизы детской воды. Ни в одном из образцов содержание свинца, кадмия или мышьяка не превышало допустимых значений. А вот ртуть нашлась в трех из пяти участников теста.
Признаки отравления тяжелыми металлами
При избыточном накоплении ртути отмечается нарушение настроение, сна, также астенический и астено-невротический синдромы, в единичных случаях – тремор кистей рук. Избыток кадмия может привести к анемии, поражению печени, кардиопатии, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии.
Симптомы острого отравления мышьяком включают тошноту, рвоту, понос, жжение в полости рта и горла, тяжелые боли в животе. Хроническое воздействие небольших токсичных доз могут привести к слабости, упадку сил, мышечной боли, а также некоторым расстройствам желудочно-кишечного тракта.
С избытком олова может быть связано снижение аппетита, металлический привкус во рту, боли в животе, поносы, тошнота. Что же касается свинца, при токсикозе поражаются органы сердечно‑сосудистой системы и кроветворения, нервная система и почки.
В случае обнаружения у себя хотя бы одного признака, не занимайтесь самолечением. Диагноз может поставить только врач!
С чем сталкиваются москвичи?
По словам специалистов, наибольшую опасность для населения Москвы представляет избыточное накопление в организме кадмия. Эта проблема актуальна для каждого четвертого взрослого и каждого второго ребенка в городе.
В меньшей степени москвичи страдают от избытка свинца, эта проблема затрагивает 15,2% взрослых и 4,1% детей. К сожалению, дети, в отличие от взрослых, куда чаще подвержены избыточному содержанию никеля в организме — 15,5 и 1,3% соответственно.
Сочетание избыточного накопления кадмия и никеля, особенно у детей, может быть одной из причин массовой аллергизации населения и снижения иммунитета.
Как принимать витамины, чтобы не навредить себе?
Как себя обезопасить?
Получить острую интоксикацию при употреблении пищевых продуктов в целом нельзя, за исключением случаев злоупотребления или употребление продуктов с явным нарушением технологических процессов производства. В быту в большей степени есть риск острой интоксикации при нарушении мер предосторожности.
Для снижения данного риска и своевременного обнаружения процессов накопления тяжелых металлов в организме, рекомендуется сдавать анализы на определение содержания химических элементов в организме. При обнаружении дисбаланса, врачом будет назначена корректирующая терапия.
Анатолий Скальный, доктор медицинских наук, профессор АНО «Центр биотической медицины»:
«Тяжелые металлы обладают способностью накапливаться в организме, поэтому чаще всего мы имеем дело с хронической интоксикацией. Однажды пришлось изучать ситуацию с повышенной онкологической заболеваемостью в Челябинской области. Исследование объектов окружающей среды и жителей этого небольшого рабочего городка, в котором расположены предприятия по добыче и переработке золота, а также завод по получению сплавов мышьяка с различными металлами, показало более чем 10-кратное превышение содержания мышьяка в продуктах питания, почве, а также волосах и моче детей и взрослых. Было показано, что повышенная заболеваемость раком легких и печени в этом городе связана с вытеснением из организма селена мышьяком, а также нарушением баланса между мышьяком и тяжелыми металлами, с одной стороны, и жизненно важными элементами, такими как селен, цинк, медь и железо — с другой».
Тяжелые металлы и мышьяк
Cписок тяжелых металлов обычно включает мышьяк, свинец, кадмий, ртуть, хром, медь, цинк, никель, селен, серебро, сурьму, марганец и некоторые другие.
Они могут присутствовать в почве, воде и атмосфере. Металлы могут накапливаться впищевых продуктах из-за их присутствия в окружающей среде, в результате деятельности человека, такой как сельское хозяйство, промышленность или автомобильные выхлопы, в результате загрязнения во время обработки и хранения продуктов питания. Люди могут подвергаться воздействию металлов из окружающей среды или при попадании внутрь загрязненной пищи или воды. Наиболее тревожными представители этой группы - мышьяк, кадмий, свинец и ртуть.
Ртуть накапливается в рыбе (в старой больше, чем в молодой), в хищной также больше (меч-рыба, тунец, акула), в почках животных (опасно употребление в сыром виде), орехах, какао-бобах, шоколаде.
Больше всего свинца накапливается в хищной рыбе (тунец, акула), морепродуктах, особенно в двустворчатых моллюсках. Свинец также накапливается в консервированных продуктах в сборной жестяной таре.
Кадмий – в грибах, во многих растениях, особенно стручковых, какао-порошке, рыбе, почках животных, овощах, фруктах.
Мышьякнакапливается в белом и коричневом рисе, яблочном соке, курином мясе, белковых коктейлях, белковом порошке.
Причины накопления тяжелых металлов в пище
- Использование сырья, полученного в районах с повышенным уровнем тяжелых металлов в окружающей среде
- Использование сырья, полученного вблизи предприятий металлургической, горнодобывающей промышленности, вблизи автомагистралей
- Загрязненная почва
- Пестициды на полях
- Бытовые отходы
Почему тяжелые металлы опасны?
Тяжелые металлы, при длительном поступлении с пищей могут накапливаться в организме, вызывая отдаленные последствия. Небольшие количества металлов могут выводиться с мочой, потом, калом, но также они имеют способность задерживаться в различных тканях, в костях и крови, способствовать развитиюракажелудочно-кишечного тракта, снижению иммунитета, задержке умственного развитияу детей, обладают тератогенным действием.
Мышьяк и свинец при накоплении в организме способны оказывать мутагенное и канцерогенное действия.
Ртуть, накапливаясь в организме детей, вызывает изменения в развитии мозга, у взрослых, а более высоких дозах вызывает неврологические изменения.
Отравление свинцом
При отравлении свинцом возможно развитие анемии, поражение нервной системы и почек, замедление интеллектуального развития детей, заболеваний сердечно-сосудистой системы среди взрослых. Накапливается в костях, являясь постоянным источником отравления.
При хроническом отравлении отмечается общая слабость, головные боли, неприятный привкус во рту, запоры, боли в животе.
При отравлении мышьяком возникает тошнота, позывы к рвоте, расстройства ЖКТ. Далее присоединяются неврологические симптомы: речевые расстройства, нарушения обоняния, вкуса, парезы. Длительная интоксикация мышьяком опасна риском развития рака кожи.
Кадмийвлияет на артериальное давление, способствует образованию камней в почках.
Профилактика отравлений тяжелыми металлами
Профилактика отравления тяжелыми металлами в быту заключается в
Глава 2. Антропогенное преобразование ландшафтов (геосистем)
Л.И. Егоренков, Б.И. Кочуров
Геоэкология
Учебное пособие. – М.: Финансы и статистика, 2005. — 320 с.
Глава 2. Антропогенное преобразование ландшафтов (геосистем)
2.7. Миграция отдельных загрязнителей в биокосных системах
2.7.3. Тяжелые металлы в окружающей среде
В результате промышленных и производственных процессов во внешнюю среду выбрасывается большое количество отходов, содержащих различные соединения тяжелых металлов (ТМ), которые являются токсичными для растений, животных и человека. Особую опасность представляет загрязнение биосферы такими металлами, как ртуть, мышьяк, кадмий и свинец. Значительное поступление некоторых ТМ в окружающую среду происходит при использовании их соединений в качестве ядохимикатов — пестицидов и удобрений. Большую тревогу в настоящее время вызывают огромные накопления осадков сточных вод (промышленных, бытовых и сельскохозяйственных), которые содержат много органических веществ, азота, фосфора и калия и могли бы считаться ценными органическими удобрениями.
Однако наличие в них большого количества ТМ делает проблематичным их применение в сельском хозяйстве, а имеющийся зарубежный опыт указывает на необходимость большой осторожности при их использовании в растениеводстве.
При антропогенном загрязнении окружающей среды ТМ накапливаются в почве чаще всего не отдельно, а совместно. Это приводит к тому, что накапливающиеся в ней избыточные ТМ начинают поступать в растения, а через них в организм животных и человека.
Для оценки масштаба загрязнения почв тяжелыми металлами важно знать их естественное фоновое содержание (табл. 2.7).
Тяжелые металлы накапливаются в почвах в разной форме — в виде ионов в почвенном растворе они входят в состав органно-минеральных комплексов, адсорбируясь на поверхности коллоидных частиц.
В окислительных условиях при снижении рН растворимость металлов увеличивается, а в восстановительных, наоборот, уменьшается.
Таблица 2.7. Концентрации различных элементов в почве (предельно допустимые для растений, мг/кг)
Естественное фоновое содержание
Предельно допустимая концентрация
Тяжелые металлы проникают в растение в основном через корневую систему, причем элементы, которые входят в состав жизненно важных соединений, поглощаются из почвы растениями избирательно.
По способности накапливать тяжелые металлы ткани основных органов растений можно расположить в следующем порядке: корни, листья, семена (плоды).
Растения обладают способностью в случае очень сильного загрязнения почвы усиливать формирование главного защитного организма — корневой системы за счет сокращения биомассы надземной части. Эту реакцию растительного организма следует рассматривать как вынужденную потребность растения усилить емкость корней.
Поступая в биосферу, ТМ активно включаются в миграционные циклы, аккумулируются в различных компонентах экосистем, в том числе в гидробионтах. Тяжелые металлы представляют чрезвычайную опасность как загрязнители природных вод. Ионы ТМ сохраняются в природных водах постоянно при любых условиях. Кроме того, тяжелые металлы даже в сравнительно малых концентрациях могут оказывать токсическое воздействие на водные организмы. Среди ТМ первое место по растворимости и токсичности занимает ртуть. Антропогенное загрязнение водных систем добавляет к естественному выносу тяжелых металлов из горных пород двукратное количество ртути и 12-13-кратное количество свинца, меди, цинка.
Одним из важных последствий действия тяжелых металлов на водные экосистемы является изменение структуры планктона и бентоса.
Многочисленными исследованиями на Белом и Балтийском морях установлено воздействие ТМ на изменение состава, численности и биомассы фитопланктона, на смену доминирующих видов. Эти данные о перестройке водных сообществ под действием ТМ имеют большое практическое значение. Токсическое действие на отдельных представителей фитопланктона и фитобентоса в конечном итоге оказывает большое влияние на продуктивность водных сообществ в целом, а также на качество воды, пригодность которой для различных видов водопользования определяется во многом нормальным функционированием гидро-бионтов. В связи с процессами накопления ТМ по трофической цели адаптивные явления несут угрозу существованию не только для видов гидробионтов, но в итоге и для человека.
Ядовитое действие ионов тяжелых металлов в значительной мере связано с их способностью прочно соединяться с белками и нарушать нормальную работу ферментов и других биологически активных белковых веществ.
Когда речь идет о ядовитости самого металла, то, как правило, он проявляет токсический эффект в тонкоизмельченном состоянии (в виде пылевых частиц). Попадая в легкие и бронхи, частицы металла вызывают раздражение и, медленно реагируя с клеточным содержимым, превращаются в соединения, которые переходят в кровь. Аналогичное действие оказывает и вдыхание пылевых частиц оксидов металлов или их солей. Соли некоторых металлов сильно раздражают кожу (например, соли магния) и способны всасываться даже через кожные покровы.
Опасными, т. е. действующими даже в малых концентрациях, следует считать также свинец, кадмий, таллий, бериллий, хром, барий, стронций. Несколько менее опасны марганец, литий, никель, цинк.
Ртуть. Среднее содержание ртути в земной коре равно 0,08 мг/кг, в почвах 0,04-0,8 мг/кг, в растительных продуктах 0,001-0,64 мг/кг.
Пары ртути задерживаются в легких и могут всасываться в кишечнике, что, по-видимому, связано с относительно хорошей растворимостью металлической ртути в воде. Ионы ртути (как и других тяжелых металлов) энергично соединяются с группами SH белков и прочно удерживаются в получившихся комплексах. При этом ртуть в тканях организма частично переходит в сульфид. Белки, богатые вышеназванными группами, содержатся в почках, поэтому ртуть, попадая в организм, сосредоточивается преимущественно в почках, нарушая их нормальную деятельность, а также в клетках мозга и слизистой оболочке рта.
Следует избегать контактов с металлической ртутью. Даже если, например, в комнате разбился медицинский термометр, следует учитывать опасность отравления парами ртути, потому что ее предельно допустимая доза очень мала — 0,00001 мг/л. Раскатившиеся шарики ртути бывает трудно собрать; в этом случае лучше засыпать место, где могут оказаться мелкие частицы ртути, порошком серы или залить раствором хлорида железа. Поверхность ртути при этом будет окислена и испарение резко уменьшится.
В России существуют жесткие требования к содержанию ртути в продуктах: допустимая остаточная концентрация (ДОК) элемента в хлебо- и зернопродуктах равна 0,01, в овощах — 0,02, во фруктах — 0,01 мг/кг сырого веса.
Для уменьшения потока ртути из почвы в растения необходимо повысить рН среды. При известковании почвы в растения поступает ртути почти в 2 раза меньше.
В природной циркуляции ртути важную роль играют водоемы. Накапливаясь в грунте и донных отложениях, ртуть и ее соединения в течение длительного времени диффундируют в воду. Концентрация ртути увеличивается почти на порядок в каждом последующем звене пищевой цепи.
Показательны в этом отношении исследования во Французской Гвиане, которые были обобщены и опубликованы в 2002 г. французскими профессорами Л. Шарле (ун-т Гренобля) и А. Буду (ун-т Бордо). В 1994 г. сотрудниками Национального центра исследований общественного здоровья в Инсерме было обнаружено заражение ртутью индейцев племени вайа-нас, проживающих в отдаленных районах Гвианы. Дальнейшие исследования, которые проводились здесь многими научными коллективами, начиная с 1998 г., подтвердили причастность к этим явлениям старателей золотых приисков. Современные старатели, в основном нелегалы, работают на старых приисках и используют элементарную ртуть для добычи золота. Прежде всего они уничтожают зеленый покров и поверхность почвы, затем размывают почву водой, заливая ее в ямы добычи.
Всплывающие осадки всасываются мощными насосами, выбрасывая их на наклонные столы, которые удерживают золотые песчинки. Ртуть — единственный жидкий металл, который при обычной температуре воздуха способен концентрировать мельчайшие частички золота, превращая их в амальгаму, похожую на ту, что применяется для пломбирования зубов. Во время этого процесса часть ртути попадает в реку в форме жидких шариков, как из разбитого термометра. Амальгама подогревается, ртуть испаряется, золото выпадает в осадок.
В среднем на каждый килограмм добытого золота расходуется 1,3 кг элементарной ртути, от 65 до 85% которой испаряется в атмосферу. Так от 5 до 10 т ртути в год выбрасывается в атмосферу, почву и реки Гвианы.
Ртуть существует в трех основных формах: элементарная ртуть (Hg), двухвалентная ртуть [(Hg(II)] и метилртуть, которая является наиболее токсичной формой ртути для человека.
В местных почвах содержание ртути в 3-х метровой толще составляет в среднем около 1000 мг/м 2 . Ртуть в почве малоподвижна, большая ее часть прочно связана с органическими соединениями. Причем более 90% ртути остается в почве и после 20-летнего периода. Однако любые процессы, вызывающие эрозию почвы (дожди, наводнения, уничтожение лесов, рытье шахт, строительство дорог и т.д.), значительно усиливают приток воды, а следовательно, и ртути. Она попадает в поверхностные и подземные воды (рис.2.13).
В водной аэробной среде содержание метилртути обычно не превышают 1% общего содержания ртути в воде. В водной среде, лишенной кислорода (в анаэробных условиях) происходит процесс трансформации двухвалентной ртути, который называется метиляцией.
Этот процесс осуществляется при помощи бактерий, связанных с серным циклом (сульфатоограничивающие бактерии). Некоторые бактерии способны разложить в свою очередь и метилртуть, превращая ее в элементарную ртуть.
Благоприятные условия для образования метилртути создаются обычно на глубинах более 5 м в ряде водохранилищ на границах плотин и в болотах. Таким образом, водохранилища являются своеобразными биореакторами для превращения ртути в метилртуть.
Несмотря на незначительное содержание метилртути в воде, она в процессе биоаккумуляции может достичь внушительных концентраций в мускульной ткани наиболее ценных пород рыб (рис.2.14).
На этом рисунке концентрация ртути показана в нанограммах (тысячная доля грамма) на 1 л воды. Причем в хищных рыбах содержится в 1000 раз больше ртути, чем в травоядных. В свою очередь, концентрация ртути в мышцах хищных рыб в сотни раз превышает ее содержание в водных и наземных растениях и в 4 млн раз — ее концентрацию в воде (рис. 2.14).
Употребляя в пищу некоторые породы хищных (ценных) рыб, индейцы заражаются метилртутью, которая накапливается преимущественно в волосах. Содержание ртути в волосах превышает ее концентрацию в крови почти в 250 раз. У 57% населения племени вайонас, о котором говорилось выше, содержание ртути в волосах превышало норму, рекомендуемую ВОЗ (Всемирной организацией здравоохранения), которая составляет 10 Нг/г.
Население в возрасте от 15 до 45 лет потребляет здесь в среднем 350 г рыбы в день. Уровень заражения рыбы таков, что количество ртути, потребляемой с рыбой в неделю, колеблется от 200 до 450 Нг, что в 2 раза превышает еженедельную норму потребления, рекомендованную ВОЗ.
Результатом потребления ртути, содержащейся в рыбе, явились значительные отклонения от нормы у детей — нарушение координации движения ног, ограничение зрительного обзора-
В большей степени подвержены риску сами старатели. Во время нагрева амальгамы они непосредственно испытывают воздействие выделяемых паров ртути. Это выражается в обострении хронических заболеваний, нарушении дыхания, дисфункции центральной нервной системы (трясущиеся руки, нервный тик лица, спазм губ и др.), нарушение деятельности почек и желудка.
Проблема загрязнения ртутью неизбежно требует решения экономических, социальных, культурных и политических проблем, связанных с добычей золота.
Свинец. Из числа соединений свинца наибольший интерес представляют карбонаты и хроматы свинца, используемые как неорганические пигменты (краски), а также различные оксиды и сульфат, которыми заправляются аккумуляторы. В 1853 г. немецкий химик К. Левич получил тетраэтилсвинец, ядовитую жидкость высокой плотности. А в 1921 г. американцы Миджлей и Байд, добавляя этот яд в бензин, снизили его детонацию и повысили кпд автомобильных двигателей.
С тех пор при использовании каждого литра этилированного бензина в окружающую среду выбрасывается около 400 мг свинца. Теперь городской воздух в 20 раз грязнее загородного и в 2 тысячи раз богаче свинцом, чем морской.
Опасная для человека концентрация равна восьми частям свинца на 10 миллионов частей крови. Предельное содержание в соках, фруктах, консервах — 0,5 мг на тонну.
Отравление соединениями свинца чаще всего носит хронический характер.
Обычно оно развивается при вдыхании пыли, содержащей свинец или его соединения, в условиях недостаточного соблюдения правил техники безопасности. Свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови (в виде комплексов с гамма-глобулином) и, наконец, достигает почек, печени и других органов. В костях свинец накапливается постепенно и долго остается там. Время от времени происходит выделение свинца из костей, что может стать причиной неожиданного развития симптомов острого отравления. Долгое время свинец остается и в головном мозге. Кроме того, поражение десен, расстройство кишечника, заболевание почек и нервной системы являются результатом отравления свинцом.
Кадмий. Концентрация кадмия в основных типах почв России равна 0,01-0,04. Помимо других основных источников загрязнения, он попадает на сельскохозяйственные земли с удобрениями в виде шламов сточных вод, с фосфорными удобрениями и гербицидами.
При внесении в почву соединений элемента в дозах от 1 до 10 мг/кг подавляющее его количество задерживается в верхнем пахотном горизонте (0-20 см). Некоторое количество кадмия может мигрировать вглубь почвы в условиях промывного режима.
Считается, что кадмий достаточно легко проникает из почвы в надземную часть растений, однако в опытах с питательными растворами основная часть элемента задерживалась в корнях. Кадмий проникает в растения преимущественно в фазу кущения, а в период колошения его количество в вегетативных частях резко уменьшается.
Однако те количества кадмия, которые не приносят вреда растениям, могут оказать пагубное влияние на здоровье человека, поскольку этот металл обладает высокими кумулятивными способностями. Из животного организма кадмий удаляется чрезвычайно медленно — в течение 20—40 лет.
Ядовиты как сам кадмий, так и его соединения. Ионы этого металла вступают в соединение с карбоксильными, аминными и сульфгидроксильными (-ССОН, -NH2, -SH) группами, имеющимися в молекулах белков, и таким путем задерживаются в организме. Кадмий годами может оставаться в таких органах, как почки, печень, поджелудочная железа, щитовидная железа. Действуя на кожу, кадмий вызывает дерматиты и экземы.
Мышьяк относится к тяжелым металлам, но поскольку антропогенное загрязнение биосферы этим элементом довольно существенно, то представляется целесообразным рассмотреть поведение этого токсического элемента в почвах и Растениях.
Среднее содержание мышьяка в земной коре равно 3,4 мг/кг. Содержание мышьяка в почвах мира в среднем составляет 5-6 мг/кг.
По особенностям гипергенной миграции мышьяк следует отнести к слабоподвижным аниогенным элементам. Он более подвижен в окислительной и менее подвижен в восстановительной сероводородной обстановках.
В небольших количествах мышьяк всегда присутствует в растениях. Содержание мышьяка в основных сельскохозяйственных культурах, выращенных на незагрязненных почвах, сравнительно невелико (0,03-4,2 мг/кг сухой массы).
Различные сельскохозяйственные культуры проявляют неодинаковую толерантность к избытку мышьяка в почве. Толерантными считаются рожь, пшеница, овес, картофель, томаты, морковь, однолетние злаковые травы; умеренно толерантными — кукуруза, свекла, кабачки; малотолерантными — горох, фасоль, соя, рис, огурцы.
Значительное количество мышьяка поступает в почву при применении мышьякосодержащих пестицидов, в том числе инсектофунгицидов.
Неорганические препараты мышьяка, используемые в сельском хозяйстве, мало летучи и могут долго сохраняться в почве.
Значительно меньшим загрязнителем почвы являются минеральные удобрения. По некоторым данным с азотными удобрениями в почву поступает 1-10 г/га мышьяка, а с суперфосфатом — 30 — 300 мг/кг.
Для снижения токсического действия мышьяка на растения и уменьшения его потока в пищевой цепи предлагаются различные приемы, например внесение в почву некоторых минеральных удобрений — фосфата натрия, сульфата аммония, хлористого калия, обладающих эллюационной способностью, которые обеспечивают вытеснение мышьяка из почвенного поглощающего комплекса и способствуют его вымыванию.
Содержание мышьяка в растительной продукции жестко нормируется. Так, Министерством здравоохранения СССР еще в 1981 г. было утверждено допустимое количество элемента в хлебо- и зернопродуктах, овощах, фруктах равное 0,2 мг/кг сырой массы.
Читайте также: