ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ЧТО ТАКОЕ

ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

ЧТО ТАКОЕ ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ? Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой поллютантов, получивших общее название «тяжелые металлы»

Тяжёлые металлы — металлы с большим атомным весом, которые при антропогенном рассеивании загрязняют окружающую среду, оказывая токсическое воздействие на живые организмы и природные экосистемы. На сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Эта группа элементов активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов

Степень токсичности тяжелых металлов для человека и животных, а также для растений неодинакова и колеблется в весьма широких пределах. К числу наиболее токсичных металлов следует отнести кадмий, ртуть, свинец, хром и некоторые другие: они оказывают повреждающее действие на биообъекты в концентрациях, не превышающих 1 мг/л. Цинк, титан характеризуются низкой токсичностью для человека и теплокровных животных, но даже в низких концентрациях они оказывают губительное действие на рыб и других обитателей водных экосистем.

В соответствии с ГОСТом тяжелые металлы по степени опасности подразделяются на 3 класса: 1 класс опасности: ртуть, мышьяк, кадмий, цинк, свинец, (бериллий, селен) 2 класс: никель кобальт, хром, медь, молибден, сурьма 3 класс: марганец, барий, стронций, ванадий, вольфрам Тяжелые металлы опасны для окружающей среды тем, что они обладают способностью накапливаться в живых организмах, увеличивая концентрацию по трофическим цепям.

Главным природным источником тяжелых металлов являются минералы. Многие элементы поступают в атмосферу с космической и метеоритной пылью, с вулканическими газами, горячими источниками, газовыми струями. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Основные техногенные источники тяжелых металлов черная и цветная металлургия, цементное производство, сжигание минерального топлива, орошение водами с повышенным содержанием тяжелых металлов, внесение осадков бытовых сточных вод в почвы в качестве удобрения. ТЕХНОГЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Тяжелые металлы называют тиоловыми (протоплазматическими) ядами. Они необратимо связываются с тиоловыми группами белков (SH), что приводит к потере белком своей биологической активности. Поскольку тиоловые яды действуют на белки не избирательно, то нарушается функция и ферментов, и гормонов, и транспортных белков, и белков ахроматинового веретена, и белков хромосом, и структурных белков. Поэтому указанные яды для SH-групп имеют широкий спектр действия. Они вызывают мутации, рак, аллергию, болезни системы крови, печени, почек, мозга

Спектр экологических воздействий на молекулярном, тканевом, клеточном и системном уровнях во многом зависит от концентрации и длительности экспозиции токсического вещества, комбинации его с другими факторами, предшествующего состояния здоровья человека и его иммунологической реактивности. Большое значение имеет генетически обусловленная чувствительность к влиянию тех или иных ксенобиотиков. Несмотря на разнообразие вредных веществ, существуют единые механизмы их воздействия на организм, как у взрослого человека, так и у ребенка.

Тяжелые металлы и их соединения могут поступать в организм человека через легкие, слизистые оболочки, кожу. Основным путем поступления тяжелых металлов в организм является желудочно-кишечный тракт, который наиболее уязвим к действию техногенных экотоксикантов. Поступая в организм человека, тяжелые металлы с током крови разносятся в разные органы и ткани. Характер их распределения и степень накопления зависят от сродства к различным структурам и биохимическим компонентам тканей и органов, прочности образуемых комплексов и скорости их элиминации.

Выведение металлов из организма в основном осуществляется через желудочно-кишечный тракт и почки. При этом следует иметь в виду, что небольшое количество металлов может выделяться с грудным молоком, потом и волосами. Скорость выведения и количество выделившегося металла за определенный промежуток времени зависит от пути поступления, дозы, свойства каждого конкретного соединения металла и длительности его действия на организм

Вредные вещества могут оказывать на организм специфическое действие, которое проявляется не в период воздействия и не сразу по его окончании, а в периоды жизни, отделенные от химической экспозиции многими годами и даже десятилетиями. Проявление этих эффектов возможно и в последующих поколениях. Под термином «отдаленный эффект» следует понимать развитие патологических процессов и состояний у индивидуумов, имевших контакт с химическими загрязнениями среды обитания в отдаленные сроки их жизни, а также в течение жизни их потомства. К нему относятся тератогенное, эмбриотоксическое, канцерогенное, мутагенное, гонадотропное, иммунодепрессивное действие.

Эмбриотропное действие металлов. Влияние химических соединений во время беременности может вызвать в развитии плода различные нарушения, которые условно можно отнести к следующим типам эффектов: • тератогенным (гистоморфологичские дефекты развития, биохимические, функциональные и другие нарушения функции органов и систем, проявляющиеся в постнатальном развитии); • эмбриотоксическим (внутриутробная гибель, снижение массы и размеров эмбрионов при нормальной дифференцировке тканей).

Мутагенное действие металлов. Под мутагенным действием химических веществ следует понимать изменение наследственных свойств организма, проявляющихся у потомства. Мутационный процесс под влиянием химических веществ можно разделить на две большие группы: • мутагенез в зародышевых клетках (гибель зигот, эмбрионов, плодов, индивидов на разных стадиях развития или воспроизведение мутации из поколения в поколение) • мутагенез в соматических клетках (нарушение генетического гомеостаза) Мутации под влиянием химических веществ могут возникать на всех трех уровнях организации наследственных структур: генном, хромосомном и геномном.

Гонадотропное действие металлов. Выявлена связь нарушения репродуктивной функции человека с действием факторов окружающей среды, производственными факторами, и в частности с химическими, воздействующими на человека в процессе его трудовой деятельности. Так, доказаны нарушение функции гонад при воздействии хлорорганических соединений марганца, свинца. Имеются также данные о нарушении менструальной функции и функции яичников у женщин при работе с соединениями марганца. Гонадотропное действие проявляется в нарушении сперматогенеза у мужчин и овогенеза у женщин.

Ртуть – единственный металл, который находится в обычных условиях в виде жидкости и интенсивно выделяет пары. Может находиться в виде не только неорганических соединений, но и органических, которые токсичнее и опаснее, чем неорганические (высокая проницаемость через биологические барьеры и тропность к тканевым структурам) Первая массовая вспышка ртутного отравления была зафиксирована в 1956 г. в Японии в районе реки Минамата, откуда и получила свое название «болезнь Минамата» .

Ртуть нарушает процесс деления клеток, что вызывает мутации и раковые заболевания. В организме ртуть циркулирует в крови, соединяется с белками и частично накапливается в печени, почках, селезенке, мозге. Связывание с белками крови снижает иммунитет и вызывает аллергические реакции. Соединения ртути легко проникают в материнское молоко и через плаценту в кровь. При хроническом отравлении наблюдаются признаки поражения центральной нервной системы: эмоциональная неустойчивость, раздражительность, снижение работоспособности, нарушение сна, дрожание пальцев рук, снижение обоняния, головные боли.

Свинец являющийся в современную эпоху одним из наиболее распространенных металлозагрязнителей окружающей среды и, прежде всего, воздуха, в значительных количествах может поступать в организм человека ингаляционным путем. Мировое производство свинца составляет 34· 106 т в год и постоянно возрастает, причем выбросы свинца в атмосферу достигают 4, 3 млн. т в год и его антропогенное поступление значительно превышает природное. Значительная часть соединений свинца водорастворима, а поэтому экологически опасна. При сжигании нефти и бензина в окружающую среду поступает не менее 50% всего антропогенного свинца. Автомобильные выхлопы дают около 50% общего неорганического свинца, попадающего в организм человека. Еще одним источником загрязнения являются свалки бытового и строительного мусора, а также разрушение покрытий старых зданий (раньше в краску добавляли свинец – свинцовые белила). Проведенные в Гренландии исследования показали, что содержание свинца во льду, образованном приблизительно в середине 18 века примерно в 25 раз выше, чем во льду, образование которого было отнесено к 8 в. до н. э. С 1750 г. накопление свинца в ледниках Гренландии постоянно растет. Этот процесс особенно усилился с 40 -х годов минувшего столетия.

Считают, что в организм взрослого человека с водой и продуктами питания за сутки поступает 0, 3 мг свинца. Столько же токсичного металла дополнительно получают с табачным дымом заядлые курильщики. Свинец нарушает процессы деления клеток. Внутри организма свинец распределяется по всем органам и тканям, но больше всего накапливается в скелетной ткани. Свинцовая интоксикация вызывает нарушение биосинтеза Главной мишенью воздействия свинца при хронических отравлениях является центральная и периферическая нервная системам (свинцовая энцефалопатия, проявляющаяся головными болями, нарушениями сна, памяти, возникновением тремора, галлюцинаций, «свинцовые параличи» и т. д. ), наблюдается повышенная возбудимость, гиперактивность (нарушение концентрации внимания), депрессия, снижение IQ , гипертония, потеря или снижение аппетита, боли в желудке, анемия и т. д. Особенно чувствительны к свинцовым отравлениям дети. При острой интоксикации свинцом, наиболее часто отмечаются неврологические симптомы, свинцовая энцефалопатия, «свинцовая» колика, тошнота, запоры, боли по всему организму, снижение частоты сердечных сокращений и повышение артериального давления. Отмечается видовая специфичность растений в отношении его накопления. Так, при выращивании растений в атмосфере, содержащей свинец, обнаружено его накопление в листьях салата и бобов и практически полное отсутствие в томатах, белокочанной капусте, картофеле и моркови.

Цинк является сильным восстановителем. Соли цинка хорошо растворимы в воде. При их поступлении наблюдается задержка на некоторое время с последующим постепенным попаданием в кровь и распределением в организме. Цинк может вызывать «цинковую» (литейную) лихорадку, влияет на сердце, кровь, гормоны гипофиза, надпочечников и поджелудочной железы. Абсорбция цинка из ЖКТ достигает 50% от введенной дозы. Наиболее активно цинк всасывается в двенадцатиперстной кишке и верхней части тонкого кишечника. ПДК Zn 1, 0 мг/л. При избытке этого элемента наблюдается анемия, изменения функций ЦНС, поражение почек, увеличение частоты заболеваний печени.

Кадмий относится к числу металлов, попадание которых в живые организмы может приводить к тяжелым последствиям. Совокупный токсический эффект кадмия зависит от его воздействия на организм человека или животного, т. к. металл может накапливаться в печени, почках, поджелудочной и щитовидной железах и др. Больше всего кадмия человек получает с растительной пищей. Например, в картофеле содержится 0, 012 -0, 05 мг/кг, в зерновых — 0, 028 -0, 095, в томатах — 0, 01 -0, 03, в фруктах — 0, 009 -0, 042 мг/кг. Очень большое количество кадмия содержат грибы: 0, 1 -5, 0 мг/кг. В Японии, вследствие загрязнения кадмием риса — основного продукта питания, наблюдалось не известное ранее заболевание, получившее название «Итай-Итай» . Сначала у больных были сильные боли в нижних конечностях и пояснице, затем нарушалась функция почек, больные сильно худели, наблюдалась деформация скелета и переломы костей. Всего заболело около 3000 человек, причем в основном болели женщины, особенно много рожавшие. Впоследствии это объяснили дефицитом кальция, который, как оказалось, активно замещается в костях кадмием. В США также были отмечены аналогичные случаи заболевания, причиной которых оказалось употребление в пищу горошка, загрязненного кадмием. Высокой чувствительностью к действию кадмия характеризуются водные организмы. Так, пребывание рыб (гуппи, карп, карась и др. ) на протяжении суток в воде с содержанием кадмия 0, 001 -0, 3 мг/л приводит их к гибели.

Мышьяк в чистом виде не ядовит, но все его соединения, растворимые в воде или могущие перейти в раствор под действием желудочного сока, чрезвычайно ядовиты. Окись мышьяка, белый мышьяк (As 2 O 3) при растворении в воде и обычных жидкостях не дает окраски и запаха. Растворимость его мала, но достаточна для оказания вредного действия: 60 мг – смертельная доза, а симптомы отравления сходны с признаками заболевания холерой. Особенно опасен мышьяковистый водород As. H 3 – один из наиболее токсичных промышленных ядов. По характеру действия на организм – яд с преобладающим гемолитическим (кроверазрушающим действием). Скрытый период от 2 до 8 часов; к концу его появляются головная боль, головокружение, озноб, рвота и боли в животе. Кожа приобретает окраску, напоминающую загар. Темп-ра тела вначале повышена до 38 -39ºС. Через некоторое время может развиться кома. Среднее содержание в организме человека 0, 08 -0, 2 мг/кг. В крови мышьяк концентрируется в эритроцитах, где он связывается с молекулой гемоглобина. Наибольшее количество мышьяка (на 1 г ткани) обнаруживается в почках и печени. При остром отравлении соединениями мышьяка наблюдаются сильные боли в животе, понос, поражение почек; возможны коллапс, судороги. При хроническом отравлении наиболее часты желудочно- кишечные расстройства, катары слизистых оболочек дыхательных путей (фарингит, ларингит, бронхит), поражения кожи (экзантема, меланоз, гиперкаратоз), нарушения чувствительности; возможно развитие апластической анемии.

Олово может в заметных количествах поступать через ЖКТ при употреблении пищи, особенно соков, в случае хранения в посуде, содержащей олово в составе сплавов, из которых она изготовлена. Нерастворимые соединения олова почти не всасываются в ЖКТ, но и растворимые соединения абсорбируются очень слабо и преимущественно в виде соединений с белками. Олово является ядом, действующим в начале возбуждающе, а затем парализующе на центральную нервную систему. При отравлении оловом могут наблюдаться диарея, рвота, общая слабость, а также паралич одних отделов ЦНС и возбуждение других, в результате чего развивается атаксия, скованность движений, иногда судороги. Из соединений олова - оловянистый водород Sn. H 4 - сильный судорожный яд. Органические соединения олова являются ядами для нервной системы, они вызывают параличи.

Сурьму относят к тяжелым металлам с очень низкой сорбцией из ЖКТ. Токсический эффект соединений сурьмы заключается в их раздражающем действии на слизистые оболочки дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и кожу. Хронические интоксикации проявляются воспалительными изменениями верхних дыхательных путей и полости рта, развитием трахеобронхитов. Характерно развитие дерматитов и экзем. Интоксикация протекает на фоне нарушения общего самочувствия, слабости, бессонницы. В некоторых случаях отмечаются расстройства пищеварения с диспептическими явлениями. При вдыхании сурьмяной пыли возможно развитие пневмокониоза.

Небольшая часть меди в организме человека находится в виде свободных ионов, основная же часть связана в виде комплексных соединений с белками. В избыточных количествах медь оказывает токсическое действие. При попадании в организм с пищей, содержащей более 50 мкг/кг, наблюдаются характерные признаки отравления — металлический вкус во рту, неукротимая рвота, боли в животе. При поступлении в меньших количествах медь накапливается в печени, что вызывает физиологические расстройства в организме — тошноту, рвоту, желудочную боль. Некоторые соединения меди играют роль катализаторов окислительных процессов в пищевых продуктах, разрушают витамины С и А, ухудшают органолептические показатели, способствуют образованию токсичных продуктов окисления липидов. Вследствие отмеченных свойств допустимые нормы содержания меди в продуктах устанавливают часто ниже норм, определенных по токсикологическим показателям.