Влияние токсичных металлов на организм

Обновлено: 18.05.2024

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

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.

Проект по химии «Токсическое действие тяжелых металлов"

Как известно, для жизни человека необходимы различные элементы. В нашем организме их очень много. Они называются биогенные элементы. Но есть элементы, не имеющие никакой ценности для организма. Они являются ядовитыми в любых количествах. Это тяжелые или токсичные металлы. К тяжелым металлам (ТМ) относится относительно большая группа химических элементов с плотностью выше 5 г/см3 и относительной атомной массой более 50 атомных единиц. Эту группу составляют медь, цинк, марганец, железо, никель и другие металлы, в небольших количествах необходимые как животным, так и растениям.

Существует более 50 элементов, которые могут быть отнесены к тяжелым металлам, 17 из них считаются очень токсичными, но довольно широко распространенными. Токсичная концентрация зависит от металла, его биологической роли и вида организма, который подвергается его воздействию. Анализируя химический состав человеческого организма, ученые пришли к выводу, что тяжелые металлы оказывают влияние не только на физиологическое, но и на психическое состояние человека. Например, известно, что при стрессе в крови возрастает содержание цинка, а вероятность инфаркта можно определить по повышенному содержанию никеля и марганца. Методом масс-спектроскопии было обнаружено, что у агрессивных людей в волосах обнаруживается повышенное содержание свинца, железа, кадмия, меди и пониженное - цинка, кобальта. Металлы даже в очень малых количествах жизненно важны для организма человека, и падение концентрации ниже допустимого уровня ведет к тяжелым расстройствам. Это объясняется тем, что многие металлы выполняют главным образом функции катализаторов.

Актуальность темы исследования: состоит в том, что что многие металлы являются биогенными элементами, поэтому необходимо изучить потребность в них организма человека и способы возмещения потерь, поскольку их недостаток приводит к нарушению жизнедеятельности организма и приводит к различным заболеваниям.

Гипотеза: если металлы содержатся в организме человека, то они способны влиять на физическое здоровье человека.

Цель исследования: изучение специфических свойств тяжелых металлов, их биологической роли, степени токсичности и воздействия на здоровье человека.

Задачи исследования:

1. Изучить литературу по проблеме исследования;

2.Выявить влияние количественного содержания металлов на функционирование органов человека;

3. Узнать, в каких продуктах питания содержатся те или иные металлы.

4. Выработать перечень полезных советов, которые помогут снизить воздействие тяжелых металлов на организм человека.

2.1.Характеристика тяжелых металлов.

На сегодня не существует единого мнения относительно количества токсичных металлов, поскольку нет общих критериев, относящих металлы к тяжёлым. Тем не менее, список тяжёлых металлов может быть сформирован в зависимости от различных свойств металлов и их признаков. К ним относят:

Атомный вес. Исходя из этого критерия, к названным принадлежат более 40 элементов с атомной массой, превышающей 50 а.е.м (г/моль).

Плотность. Исходя из этого критерия, тяжёлыми считаются те металлы, у которых плотность равна или превосходит плотность железа.

Биологическая токсичность объединяет тяжёлые металлы, негативно влияющие на жизнедеятельность человека и живых организмов. В их списке порядка 20 элементов.

Большинство названных веществ оказывают негативное воздействие на все живые организмы. Ввиду значительной атомной массы, они плохо транспортируются и накапливаются в тканях человека, вызывая различные заболевания. Так, для человеческого организма кадмий, ртуть и свинец признаны как самые опасные и самые тяжёлые металлы.

Список токсичных элементов группируется по степени опасности по так называемым правилам Мертца, согласно которым наиболее токсичные металлы имеют наименьший диапазон экспозиции:

Кадмий, ртуть, таллий, свинец, мышьяк (группа самых опасных металлических ядов, превышение допустимых норм которых способно привести к серьёзным психофизиологическим нарушениям и даже к летальному исходу).

Это, однако не означает, что ни один из элементов, сгруппированных выше, по правилам Мертца, не должен присутствовать в человеческом организме. Напротив, список тяжёлых металлов насчитывает в нем эти и ещё более 20 элементов, небольшая концентрация которых не только не опасна дляжизнедеятельности человека, но и необходима в метаболических процессах, особенно железо, медь, кобальт, молибден и даже цинк.

2.2.1. Металлы в организме человека

В организме человека обнаружено 86 элементов периодической системы Менделеева, которые постоянно присутствуют, из них 25 необходимы для нормальной жизнедеятельности, 18 из которых абсолютно, а 7 полезны. Профессор Василий Робертович Вильямс назвал их элементами жизни. В состав веществ, участвующих в реакциях, связанных с жизнью клетки, входят все известные химические элементы, но большинство из них это кислород (65 - 75%), углерод (15 - 18%), водород (8 - 10%) и азот (1,5 - 3,0%). Остальные элементы делятся на 2 группы: макроэлементы (около 1,9%) и микроэлементы (около 0,1%). Макроэлементы - это сера, фосфор, хлор, калии, натрий, магний, кальций и железо, к микроэлементам - цинк, медь, йод, фтор, марганец, селен, кобальт, стронций, никель, хром, ванадий и др. Микроэлементы хоть и малочисленные, но играют важную роль - влияют на обмен веществ. Без них невозможна нормальная жизнедеятельность каждой клетки в отдельности и организма как целого.

2.2.2. Биологическая роль некоторых металлов в организме человека.

Золото. В средневековье алхимики считали золото совершенством, а остальные металлы – ошибкой в акте творения и, как известно, прикладывали большие усилия для ликвидации этой ошибки. Идею введения золота в медицинскую практику приписывают Парацельсу, который провозгласил, что целью химии должно быть не превращение металлов в золото, а приготовление лекарств. Лекарственные препараты из золота и его соединений пытались применять при многих заболеваниях. Им лечили волчанку, туберкулез. У людей, чувствительных к золоту, оно может вызвать нарушение состава крови, реакцию со стороны почек, печени, влиять на настроение, рост зубов, волос.

Алюминий. Алюминиевую посуду называют посудой бедняков, так как этот металл способствует развитию старческого атеросклероза. При приготовлении пищи в такой посуде алюминий частично переходит в организм, где и накапливается.

Цинк. Оптимальная интенсивность поступления цинка в организм 15 мг/сут, суточная потребность составляет 50 мг. Дефицит цинка может развиваться при недостаточном поступлении этого элемента в организм (1 мг/сут и менее), а порог токсичности составляет 600 мг/сут. В организм человека 99 % цинка попадает с пищей. Особенно много цинка содержится в говядине, печёнке, устрицах (400 мг в 100 г продукта), пшеничных зародышах.

В медицине цинкосодержащий препарат сульфат цинка используется при дефиците цинка, для лечения болезней кожи, волос, ногтей, цирроза печени и при заживлении ран. Препарат несовместим с карбонатами, сульфитами –осаждение нерастворимых солей цинка; с восстановленным магнием выпадает осадок цинка.

Медь . Среднее содержание меди в человеческом организме 150 мг на 70кг. В организм медь поступает в основном с пищей. Много меди содержится в морских продуктах, бобовых, капусте, картофеле, крапиве. Суточная потребность организма в меди – 2 мг. При ожогах кожи фосфором её обильно смачивают 5 %-ным раствором сульфата меди (II).

Марганец. Соединения марганца в основном поступают в организм с пищей. Много марганца содержится в ржаном хлебе, пшеничных и рисовых отрубях, сое, горохе, свёкле (содержание марганца в 100 г свёклы составляет 0,65 мг). Оптимальная интенсивность поступления марганца в организм 5-9 мг/сут; уровень, приводящий к дефициту, и порог токсичности оцениваются в 1 и 40 мг/сут соответственно. В медицинской практике для промывания ран применяют раствор перманганата калия.

Калий содержащий препарат перманганат калия несовместим в жидких лекарственных формах с восстановителями – происходит взаимное разложение; с бромидами, иодидами, хлоридами – выделяются галогены; с солями двухвалентного железа – образуется трёхвалентное железо; с соляной кислотой и её солями образует свободный хлор, с аммиаком – нитраты.

Железо. В организме содержится 3г железа, из них 2 г в крови. Железо входит в состав гемоглобина. Недостаточное содержание железа приводит к головной боли, быстрой утомляемости. Академик Ферсман говорил, что железо – не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы. Оно основа культуры и промышленности. Оно орудие войны и мирного труда, и во всей таблице Менделеева невозможно найти другой такой элемент, который был бы так связан с прошлыми, настоящими и будущими судьбами человечества.

2.3. Влияние концентрации металла на состояние здоровья человека

Нарастающее производство металлов имеет далеко идущие последствия.

Человечество затрачивает колоссальные усилия и энергию на то, чтобы выделить и сконцентрировать металлы, но при этом вступает в противоречие с направленностью геохимических процессов и законной химии. Однако в процессе хозяйственного использования металла восстанавливается равновесие, нарушенное человеком.

Помимо этого, огромное количество железа истирается, распыляется во время работы различных машин. Люди борются с этим, возвращая часть испорченного металла на переплавку, но при этом также происходят невосстанавливаемые потери.

В результате сжигания больших масс каменного угля микропримеси металлов поступают с дымом в атмосферу и разносятся по всей поверхности земного шара. Если рассеяние металлов, производящиеся горно-металлургической промышленностью, протекает с умеренной скоростью, то распыление металлов через атмосферу посредством сотен тысяч дымовых труб происходит очень быстро. Каждый год сотни тысяч тонн металлов рассеиваются в атмосфере.

При сжигании угля распространённые металлы в значительно меньшем количестве, чем они добываются из недр.

Токсическими свойствами обладают практически все тяжелые металлы, когда их содержание превышает верхний порог концентрации. Ниже представлена таблица, в которой отражены биологическая роль металлов и их токсическое действие.

2.4. Содержание тяжелых металлов в продуктах питания

Обычно рассматриваются 8 основных токсичных химических элементов в пище: ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, цинк, медь, олово и железо. Первые три наиболее опасны. Токсические элементы могут попасть в опасных для человека концентрациях в пищевые продукты из сырья и в процессе технологической обработки только при нарушении соответствующих технологических инструкций. Так, в растительном сырье они могут появиться при нарушении правил применения ядохимикатов, содержащих в своем составе такие токсические элементы, как ртуть, свинец, мышьяк и др. Повышенное количество токсических элементов может появиться в зоне вблизи промышленных предприятий, загрязняющих воздух и воду недостаточно очищенными отходами производства.

В таблице приведено содержание предельно допустимых концентраций тяжелых металлов.

В концентрированных растительных и животных продуктах (сушеных, сублимированных и т. д.) предельно допустимая концентрация тяжелых металлов определяется, как правило, при пересчете на исходный продукт.

В домашнем питании тоже необходим контроль, который заключается в предупреждении загрязнения консервированных продуктов свинцом. Рекомендуется вскрытые консервы из сборных жестяных банок, даже для кратковременного хранения помешать в стеклянную или фарфоровую посуду, так как под влиянием кислорода воздуха коррозия банок резко увеличивается и буквально через несколько дней содержание свинца (и олова) в продукте многократно возрастает. Нельзя также хранить маринованные, соленые и кислые овощи и фрукты в оцинкованной посуде во избежание загрязнения продуктов цинком и кадмием (цинковый слой также содержит некоторое количество кадмия).

Для приготовления и хранения продуктов следует использовать только посуду, специально предназначенную для пищевых целей. То же самое относится к красивым пластмассовым пакетам и пластмассовой посуде.

В них можно хранить и то непродолжительное время только сухие продукты.

Например, свинец, представляет собой яд высокой токсичности. Его естественное содержание в большинстве растительных и животных продуктов обычно не превышает 1,0 мг/кг. Но большое количество свинца может содержаться в хищных рыбах (в тунце, например, до 2,0 мг/кг), моллюсках и ракообразных (до 10 мг/кг). Повышенное содержание свинца наблюдается в консервах, находящихся в так называемой сборной жестяной таре.

При сгорании этилированного бензина образуется тетраэтилсвинец, который легко попадает в почву и вызывает загрязнение выращенных на ней пищевых продуктов. Именно по этой причине в растениях, выращенных вдоль автострад, содержится повышенное количество свинца.

Обезопасить себя от свинца можно отказавшись от употребления (или употребляя в пищу редко) хищных рыб, моллюсков и ракообразных, использования консервов в жестяной таре и покупки продуктов, выращенных вдоль автодорог.

Повышенные концентрации кадмия наблюдаются в таких продуктах, как какао-порошок (до 0,5 мг/кг), почки животных (до 1,0 мг/кг) и рыба (до 0,2 мг/кг). Содержание свинца, как и кадмия, увеличивается в консервах из сборной жестяной тары. Очень большое количество кадмия могут содержать грибы из экологически грязных районов: 0,1–5,0 мг/кг.

Ртуть представляет собой весьма токсичный яд кумулятивного (накопительного) действия. Из-за этой особенности в молодых животных его содержание меньше, чем в старых, а в хищниках его содержится большее количество, нежели в их жертвах. В особенной степени этим отличаются хищные рыбы. Например, в организме тунца ртути может накапливаться до 0,7 мг/кг и более. Другими активными природными «накопителями» ртути из животных продуктов являются почки животных. Содержание ртути в них может достигать 0,2 мг/кг.

2.5. Курение как фактор экологической опасности.

Известно, что 90% онкологических заболеваний связано с курением: вместе с дымом в организм попадает формальдегит, бензол и другие высокотоксичные вещества – канцерогены. Основными компонентами табачного дыма из твердой фазы одной сигареты являются: никотин (1800мкг), свинец (0,24мкг), алюминий (0,22мкг), кадмий (0,12мкг), никель (0,08мкг), железо (0,042мкг), ртуть (0,0014мкг) и другие.

За последние десятилетия ученые выяснили, что у людей не курящих стали обнаруживаться болезни, присущие курильщикам. Причина? Некурящие люди длительное время находились в помещении с курильщиками. При курении в организм человека проникает 20-25% ядовитых веществ, а 50% вместе с выдыхаемым дымом поступает в воздух. А им дышат окружающие. Получается, что не курящие «курят». Появился даже специальный термин «пассивное курение».

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.

Читайте также: