Металлы и здоровье человека. Влияние тяжелых металлов на организм человека

8.5. Тяжёлые металлы и их воздействие на организм человека

В Российской Федерации утвержден и действует ГОСТ 17.4.02─ 83, в соответствии с которым химические элементы, в том числе и тяжелые металлы по степени токсичного действия, подразделены на три класса опасности.

При попадании в организм человека в больших количествах тяжелые металлы начинают накапливаться в почках и печени. Коэффициент концентрации (К к) их определяется отношением его реального содержания в почве (Ср) к фоновому (Сф):

К к = Ср / Сф.

Необходимо отметить, что тяжелые металлы играют важную роль в биосфере. Металлы, присутствуя в живых организмах в ничтожно малых количествах, выполняют весьма важные функции, входя в состав биологически активных веществ. Соотношение концентраций металлов в организмах выработалось на протяжении всего хода эволюции органического мира. Значительные отклонения от этих соотношений вызывают отрицательные, а часто губительные, последствия для живых организмов. Находясь преимущественно в рассеянном состоянии, они могут образовывать локальные аккумуляции, где их концентрация в сотни раз превышает среднепланетарные уровни. Наконец, являясь одним из главных природных ресурсов, непременным условием поддержания и развития современной цивилизации, металлы образуют группу наиболее опасных загрязнителей биосферы.

К тяжелым металлам относится более 40 химических элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева, масса атомов которых составляет от 45 и выше атомарных единиц. Эта группа элементов при содержании в организме в микрофазе активно участвует в биологических процессах, входя в состав многих ферментов. Поэтому группу «тяжелых металлов» в некоторых случаях можно отнести к понятию «микроэлементы». Для экзогенных повышенных концентраций элементов термин «микроэлементы» непригоден, в таких случаях обычно применяют термин «тяжелые металлы». Таким образом, под термином «тяжелые металлы» понимают такие элементы, как свинец, цинк, кадмий, ртуть, молибден, марганец, никель, олово, кобальт, титан, медь, ванадий и т.д.

Источники поступления тяжелых металлов делятся на природные (выветривание горных пород, минералов, эрозийные процессы, вулканическая деятельность) и техногенные (добыча и переработка полезных ископаемых, сжигание топлива, влияние автотранспорта и т.д.). Часть техногенных выбросов, поступающих в окружающую среду в виде аэрозолей, переносится на значительные расстояния и тем самым вызывает глобальное загрязнение.

Интенсивная хозяйственная деятельность создает зоны местного загрязнения тяжелыми металлами или охватывает значительные площади сельскохозяйственных угодий, например, при химизации сельского хозяйства. По количеству содержания примесных элементов в почве определяются уровни их накопления в растениях. Существует тесная положительная корреляция между содержанием элемента в растении и его подвижностью в почве. По степени уменьшения коэффициента накопления тяжёлые металлы образуют следующий ряд: кадмий > никель > цинк > медь >свинец > кобальт . Значение коэффициента накопления для различных растений заметно варьирует, что связано с почвенными условиями и биологическими особенностями возделываемых аграрных культур. Хотя пестициды содержат в своём составе тяжёлые металлы: цинк, медь и железо, – они не представляют большой опасности для природной среды из-за малообъёмного их расходования на проведение защитных мероприятий.

Оценка уровня загрязнения почв ТМ основывается на сопоставлении данных их фонового и валового содержания на незагрязненных почвах, не вызывающего отрицательного биологического эффекта и повышения ПДК.

По абсолютному содержанию ТМ в растениях их можно разделить на 3 группы: элементы повышенной концентрации –Cr, Mn, Zn; средней –Cu, Ni, Pb, Cr; низкой – Hg.

При выборе вида растений для проведения детоксикации необходимо учитывать два фактора:

толерантность различных видов растений по отношению к избытку содержания токсичных веществ в почве и размеры их накопления;

воздействие не только на живые организмы, обитающие в почвенной толще, но и на культивируемые сельскохозяйственные растения. Высокая концентрация тяжелых металлов, находящихся в лабильном состоянии в почвенном растворе, способствует их поступлению через корневую систему в вегетативные органы возделываемых растений, что отрицательно сказывается на их состоянии. При большом накоплении тяжелых металлов в клетках сначала растения начинают вянуть, а затем погибают.

Показателем негативного воздействия многих элементов и соединений на живые организмы является их токсичность.

Токсичность и канцерогенность ─ это свойства элементов и соединений, отрицательно влияющие на живые организмы и приводящие к уменьшению продолжительности жизни. Количество, при котором химические ингредиенты становятся опасными для окружающей среды, зависит не только от степени загрязнения ими биосферы, то также от химических особенностей этих ингредиентов и от деталей их биохимического цикла. Для сравнения степени токсилогического воздействия химических ингредиентов на различные организмы пользуются молярной токсичностью, на которой основан ряд токсичности, отражающий увеличение молярного количества металла, необходимого для проявления эффекта токсичности при минимальной молярной величине, относящейся к металлу с наибольшей токсичностью.

Глобальный перенос токсикантов происходит через атмосферу и большие реки, несущие воды в океаны, землю, а ложи рек, морей и океанов служат резервуаром для их накопления. Факторами окружающей среды, влияющими на токсичность, являются температура, растворенный кислород, рН, жесткость и щелочность воды, присутствие хелатообразующих агентов и других загрязнителей в воде. Устойчивость живого организма по отношению к токсикантам может быть достигнута:

1) при уменьшении их поступления;

2) увеличении коэффициента его выделения;

3) переводе токсиканта в неактивную форму в результате его изоляции или осаждения.

Токсичность тяжелых металлов для живых организмов определяется как свойствами и уровнем концентраций элементов, так и их миграционной способностью в различных компонентах экосистемы, а также степенью накопления их в органах и тканях. В настоящее время из 92 встречающихся в природе химических элементов 81 обнаружен в организме животных и человека. При этом многие микроэлементы признаны эссенциальными, то есть жизненно необходимыми. В то же время большинство из них относится к тяжелым металлам, а при высоких концентрациях они проявляют сильную токсичность. Практически каждый элемент в зависимости от концентрации может оказывать положительное или отрицательное воздействие на живые организмы, к которым относится и канцерогенез.

Канцерогенез ─ это способность металла проникать в клетку и реагировать с молекулой ДНК, приводя к хромосомным нарушениям клетки . Канцерогенными веществами являются никель, кобальт, хром, мышьяк, бериллий, кадмий. Различие в канцерогенной активности определяется биодоступностью металлопроизводных: наиболее потенциально активные соединения содержат ионы канцерогенных металлов, способные легко внедряться в клетки и воздействовать на молекулу ДНК.

По мнению Б.А. Ягодина, для комплексной оценки влияния тяжелых металлов для каждого элемента необходимо различать четыре уровня концентрации:

– дефицит элемента, когда организм страдает от его недостатка;

– оптимальное содержание, способствующее хорошему состоянию организма;

– терпимые концентрации, вызывающие начальную депрессию организма;

– губительное содержание для данного организма концентраций.

Кадмий . Установлено, что кадмий в ничтожно малых количествах способен стимулировать остроту зрения, активизирует сердечно-сосудистую деятельность, регулирует содержание сахара в крови, но самое незначительное отклонение его от ультрамикродоз отрицательно сказывается на деятельности головного мозга. Он повышает кровяное давление и может быть причиной инсульта и развития онкологических заболеваний. При систематическом потреблении пищи с очень высоким (1 – 2 мг/кг) содержанием кадмия у больных буквально рассыпаются кости от неосторожного резкого движения, иногда даже глубокой вздох может стать причиной перелома ребра. Повышенное содержание кадмия блокирует сульфогидрильные группы ферментов, нарушает обмен железа и кальция, нарушает синтез ДНК. Избыток кадмия в пище вызывает респираторные заболевания и почечную дисфункцию. В настоящее время установлены мутагенные и терратогенные свойства данного элемента. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает предельно-допустимым количеством поступление кадмия 1 мг/кг массы тела в сутки. По чувствительности к кадмию растения располагаются в следующем порядке: томаты < овес < салат< луговые травы < морковь < редька < фасоль <горох <шпинат.

Цинк . Цинк обнаруживается во всех тканях организма животного, но больше накапливается в костях. Высокое содержание цинка отмечено в коже, волосяном и шерстяном покровах животных. Он ─ составная часть ферментов карбоангидразы, участвующей в связывании и выведении из крови диоксида углерода карбоксипептидазы поджелудочной железы и дегидрогеназы глютаминовой кислоты. Клиническими признаками недостатка цинка у детей и подростков является задержка роста и полового созревания, сухая, шерховатая кожа, долго незаживающие раны, повышенная восприимчивость к инфекциям, сонливость, депрессия, жидкий стул. Пониженное содержание цинка в крови может стать причиной ишемической болезни сердца. Установлено, что потребность в цинке возрастает при беременности, лактации и в подростковый период быстрого роста. Патологии, возникающие при избытке цинка в жизнеобеспечивающих средах, связаны большей частью со вторичным дефицитом кальция и других жизненно необходимых элементов. Избыточное поступление цинка в организм человека и животных сопровождается падением содержания кальция в крови и костях, а также нарушением усвоения фосфора, что приводит к развитию остеопороза. Высокие концентрации цинка могут представлять мутагенную и онкогенную опасность. Вдыхание паров оксида цинка вызывает повышение температуры, боли в суставах и мышцах, озноб, кашель и др. (цинковая лихорадка). Среднее содержание цинка в организме человека составляет 1,4 – 2,3 г. Дневная норма поступления в организм – 10 – 5 мг.

Медь . Медь относится к группе жизненно необходимых для организмов элементов. В организме животного медь необходима для нормальной пигментации, формирования нервной ткани, воспроизводительной функции, а также участвует в синтезе гемоглобина, в процессах кроветворения. Повышает клеточную проницаемость. Входит в состав или является активатором ряда ферментов, оказывает влияние на процессы углеводного обмена, активность половых гормонов. Однако при высоких уровнях содержания обладает широким спектром токсичного действия с многообразными клиническими проявлениями. Решающую роль в механизме токсичного действия меди играет способность ионов блокировать SH-группы белков, в особенности ферментов, вызывает отравления. Острая интоксикация ионами Cu 2+ сопровождается выраженным гемолизом эритроцитов. Интоксикации соединениями меди могут сопутствовать аутоиммунные реакции и нарушение метаболизма моноаминов. При малых концентрациях (6–15 мг/кг) меди в почве возможна анемия и заболевание костной системы, а избыток – более 60 мг –поражает печень и вызывает желтуху. Суточное потребление меди человеком должно составлять около 2 мг. Клинические признаки недостатка меди вызывают остеопороз, депигментацию волос и кожи, нарушение деятельности центральной нервной системы. Одной из причин гипертонического криза человека является повышенное содержание меди в сыворотке крови, но в то же время медь способствует заживлению ран, помогает при варикозных расширениях вен.

Молибден . Особо важная роль молибдена заключается в том, что он активизирует процессы связывания атмосферного азота клубеньковыми бактериями, живущими на корнях бобовых культур. Усиливает восстановление нитратного азота до аммония, а без последнего невозможен синтез белковых веществ в урожае. Нижним пределом содержания молибдена для большинства растений считается 0, 01 мг/кг сухого вещества, а для бобовых – 0,40 м/кг. Содержание молибдена ниже этих величин считается недостаточным. При недостатке молибдена в растениях нарушается азотный обмен, в тканях накапливается большое количество нитратов. Он является составной частью фермента ксантинооксидазы, который играет важную роль в обмене пуринов, а также нитратной редуктазы и бактериальной гидрогеназы животного организма. При избытке молибдена в корме у животных наблюдается сильная диарея, ухудшается общее состояние, прекращается рост, снижается молочная продуктивность, а иногда увеличивается ломкость костей. Содержание молибдена в расчете 3–10 мг/кг корма опасно для здоровья животных.

Кобальт . Положительно влияет на азотофиксирующую систему, увеличивает содержание хлорофилла в растениях. Особенно он необходим для бобовых культур и дает больший эффект на окультуренных почвах при содержании этого элемента около 1,0 – 1,1 мг/кг почвы. Очень важно применение кобальта для повышения диетической ценности продукции. Кобальт входит в состав витамина В 12 . При недостатке этого витамина снижается формирование гемоглобина крови, белков, нуклеиновых кислот и, как следствие, животные заболевают сухоткой, авитаминозом. Малая концентрация кобальта в почве (2 – 7 мг/кг) приводит к анемии, эндемическому зобу и недостаточному синтезу или к отсутствию витамина В 12 . При недостатке кобальта у животных появляется тяжелая анемия, потеря аппетита, прогрессирующее истощение. Кобальт долго не задерживается в организме, поэтому отравление этим веществом происходит крайне редко.

Марганец . Исследованиями установлено положительное воздействие марганца на фотосинтез, он увеличивает содержание сахаров и хлорофилла. Марганец усиливает интенсивность дыхания растений, улучшает отток сахаров, способствует передвижению фосфора из старых листьев к молодым, а также к репродуктивным органам. Он повышает водоудерживающую способность тканей, уменьшает транспирацию, влияет на плодоношение растений. Марганец концентрируется в костях, печени, почках, поджелудочной железе, гипофизе животных, реагирует и активизирует ряд ферментативных процессов, связанных с обменом белков, жиров, углеводов. При недостатке и избытке марганца в человеческом организме возникают некоторые заболевания. Так, атеросклерозу сопутствуют повышенное содержание в крови марганца и железа, а сахарный диабет, наоборот, сопровождается падением концентрации марганца в крови. Содержание марганца в природных водах колеблется от сотых долей до 1 – 2 мг/л.

Хром и литий – вещества,относящиеся к необходимым микроэлементам для активной жизнедеятельности организма. Ежедневная и достаточная доза хрома обычно для большинства здоровых людей составляет 0,05 – 0,2 мг. Устранение хрома из рациона животных приводит к накоплению глюкозы в крови и моче. Подобная картина свойственна сахарному диабету, когда в организме не вырабатывается инсулин. Клиническим признаком дефицита хрома считается нарушение утилизации глюкозы. Избыток хрома в организме человека вызывает рак легких, злокачественные образования желудочно-кишечного тракта, дерматиты.

Литий регулирует психическую деятельность человека, снимает стрессовое состояние и лечит маниакально-психозные нарушения, шизофрению. Этот элемент принимает участие в метаболизме азотсодержащих веществ, белков и нуклеиновых кислот, способствует увеличению содержания общего и белкового азота, важнейших аминокислот, а также значительно влияет на метаболизм биоколлоидов протоплазмы.

Ртуть . Ртуть обладает широким спектром и большим разнообразием клинических проявлений токсичного действия в зависимости от количества и свойств соединений, в виде которых она попадает в организм, а также пути поступления. В основе механизма действия ртути лежит блокада биологически активных групп белковой молекулы (сульфгидрильных, аминных, карбоксильных) и низкомолекулярных соединений с образованием обратимых комплексов, характеризующихся нуклеофильными лигандами. По степени токсичности различают следующие формы соединений ртути:

металлическую (элементарную);

неорганические соединения;

органические соединения.

Металлическая ртуть представляет большую опасность для человека из-за паров. Острые отравления парами выражаются общей слабостью, головной болью, болями при глотании, металлическим вкусом во рту, повышенной температурой, катаральными явлениями со стороны дыхательных путей (ринит, фарингит, реже бронхит). Затем развивается геморрагический синдром. Присоединяются болезненность десен, резко выраженные воспалительные изменения полости рта, желудочные расстройства, признаки поражения почек, реже воспаления легких. Отмечают нейротоксичность от паров ртути, особенно страдают ею высшие отделы нервной системы.

Неорганические соединения ртути малолетучи, поэтому опасность большей частью представляет поступление во внутрь организма с пищей и водой, а также через кожу. При воздействии на человека даже незначительно превышающих санитарную норму концентраций паров ртути или её солей в течение нескольких месяцев, а иногда и лет возникает хроническое отравление ─ меркуриализм. При хронических отравлениях в первую очередь поражается центральная нервная система, следствием чего является быстрая утомляемость, головные боли, ослабление памяти. Постепенно развивается усиливающееся при волнении дрожание (ртутный тремор) пальцев рук, затем век, губ, в тяжелых случаях ─ ног и всего тела.

Наиболее опасны ртутьорганические соединения, поскольку их токсичное действие проявляется и становится заметным лишь спустя нескольких недель. При этом характерны эмоциональные и психические расстройства. Появляется возбудимость, раздражение, неспособность сосредоточиться, боязливость, чувство усталости, повреждения рассудка, носовые кровотечения, поражения глаз. У взрослых людей при попадании во внутрь организма около 350 мг ртути возможен летальный исход. Метил-ртуть относится к соединениям с ярко выраженным терратогенным действием (уродство).

Величина ПДК, установленная ВОЗ для ртути при поступлении в организм с пищей, равна 5 мкг на 1 кг массы тела за неделю.

Селен. В отдельных районах страны кислые почвы содержат избыточное количество селена, на которых растет ядовитая растительность, опасная для животных. В таких кормах селен замещает серу в аминокислотах–метионине и цистине. Последние, не включаясь в белковый обмен животных, способствуют выпадению волос и ногтей, шерсти и копыт. Такое явление наблюдается при избытке этого микроэлемента в растениях, его содержание не должно превышать 5∙10 –6 %. Ежесуточного поступления селена с кормом для животных до 2 мг вполне достаточно, чтобы вызвать признаки хронической интоксикации. Селен ─ единственный элемент, который при высоком содержании в растениях может вызвать внезапную смерть животных и человека. Известны случаи массовой гибели овец в течение одной ночи, которые паслись в пределах селеновой геохимической аномалии. Из-за высокого содержания селена смертельно ядовитым является гриб бледная поганка, который по уровню своего действия превосходит укус гюрзы. Селен – в высшей степени токсичный элемент и принадлежит к числу биофилов, который обязательно присутствует в любом организме. У животных, не получивших селена, разрушаются красные кровяные тельца. Значительная концентрация его в сетчатке глаза говорит о том, что он необходим для восприятия света.

Мышьяк . Ядовитое высокотоксичное вещество, который вызывает у человека рак легких, кожные болезни, заболевание крови (белокровие). Ингибирует различные ферменты, отрицательно действует на метаболизм.

Никель способствует респираторным заболеваниям, астме, нарушению дыхательной защитной системы, появлению рака носа, легких, врожденные пороки, ингибитор оксидаз, обладает мутагенным свойством.

Ванадий приводит к раздражению дыхательных путей, к астме, нервным расстройствам, а также изменению формулы крови.

Таллий вызывает нарушение общего обмена веществ, он сильно токсичен по отношению к растениям и животным.

Избыток бериллия способствует появлению дерматитов, язв, вызывает воспаление слизистых оболочек.

Токсичность - это мера несовместимости вредного вещества с жизнью. Степень токсического эффекта зависит от биологических особенностей пола, возраста и индивидуальной чувствительности организма; строения и физико-химических свойств яда; количества попавшего в организм вещества; факторов внешней среды (температура, атмосферное давление).

Понятие об экологической патологии. Возросшая нагрузка на организм, обусловленная широким производством вредных для человека химических продуктов, попадающих в окружающую среду, изменила иммунобиологическую реактивность жителей городов, включая детское население. Это приводит к расстройствам основных регуляторных систем организма, способствуя массовому росту заболеваемости, генетическим нарушениям и другим изменениям, объединенных понятием - экологическая патология.

В условиях экологического неблагополучия раньше других систем реагируют иммунная, эндокринная и центральная нервная системы, вызывая широкий спектр функциональных расстройств. Затем появляются нарушения обмена веществ и запускаются механизмы формирования экозависимого патологического процесса.

Среди ксенобиотиков важное место занимают тяжелые металлы и их соли, которые в больших количествах выбрасываются в окружающую среду. К ним относятся известные токсичные микроэлементы (свинец, кадмий, хром, ртуть, алюминий и др.) и эссенциальные микроэлементы (железо, цинк, медь, марганец и др.), также имеющие свой токсический диапазон.

Основным путем поступления тяжелых металлов в организм является желудочно-кишечный тракт, который наиболее уязвим к действию техногенных экотоксикантов.

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.

Отравления соединениями тяжелых металлов известны с древних времен. Упоминание об отравлениях «живым серебром» (сулема) встречается в IV веке. В середине века сулема и мышьяк были наиболее распространенными неорганическими ядами, которые использовались с криминальной целью в политической борьбе и в быту. Отравления соединениями тяжелых металлов часто встречались в нашей стране: в 1924-1925 гг. Было зарегистрировано 963 смертельных исхода от отравлений сулемой. Отравления соединениями меди преобладают в районах садоводства и виноделия, где для борьбы с вредителями используется медный купорос. В последние годы наиболее распространены отравления ртутью. Нередки случаи массовых отравлений, например, гранозаном после употребления семян подсолнечника, обработанного этим средством. Тяжелые металлы и их соединения могут поступать в организм человека через легкие, слизистые оболочки, кожу и желудочно-кишечный тракт. Механизмы и скорость проникновения их через разные биологические барьеры и среды зависят от физико-химических свойств указанных веществ, химического состава и условий внутренней среды организма. В результате взаимопревращений между поступившими в организм металлами или их соединениями и химическими веществами различных тканей и органов могут образоваться новые соединения металлов, обладающие иными свойствами и по-другому ведущие себя в организме. При этом в разных органах, вследствие особенностей обмена, состава и условий среды, пути превращения исходных соединений металлов могут быть различными. Отдельные металлы могут избирательно накапливаться в определенных органах и длительно задерживаться в них. В результате накопление металла в том или ином органе может быть или первичным, или вторичным.

На примере отдельных металлов рассмотрим пути их поступления в организм через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) с продуктами питания (животного и растительного происхождения), а также токсическое действие.

Два d-элемента - кобальт и никель, широко используют в современных промышленных технологиях. При высоком содержании их в окружающей среде эти элементы могут поступать в повышенных количествах в организм человека, вызывая отравления с тяжелыми последствиями.

Кобальт является биоэлементом, который принимает активное участие в ряде биохимических процессов. Однако избыточное его поступление вызывает токсический эффект с разными повреждениями в системах окислительных превращений. Данный эффект обусловлен способностью кобальта вступать в связь с атомами кислорода, азота, серы, в конкурентные отношения с железом и цинком, входящими в состав активных центров многих ферментов. Соединения Cо(III) обладают сильной окислительной комплексообразовательной способностью.

В отношении скорости сорбции чистого кобальта, его оксидов и солей в ЖКТ сведения разноречивы. В одних исследованиях отмечено слабое всасывание (11…30%) даже хорошо растворимых солей кобальта, в других указано на высокую сорбцию солей кобальта в тонком кишечнике (до 97%) в связи с хорошей их растворимостью в нейтральной и щелочной средах. На уровень сорбции влияет также величина дозы, поступившей перорально: при малых дозах сорбция больше, чем при больших.

Ni(II) преобладает в биологических средах, образуя разные комплексы с химическими компонентами последних. Металлический никель и его оксиды из ЖКТ всасываются медленнее, чем его растворимые соли. Поступивший с водой никель абсорбируется легче, чем входящий в виде комплексов в состав пищи. В целом количество всосавшегося из ЖКТ никеля составляет 3…10%. В его транспорте участвуют те же белки, которые связывают железо и кобальт.

Цинк, также относящийся к d-элементам и имеющий состояние окисления +2, 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. Абсорбция цинка из ЖКТ достигает 50% от введенной дозы. На уровень абсорбции оказывает влияние количество цинка в пище и ее химический состав. Пониженный уровень цинка в пище способствует увеличению абсорбции этого металла до 80% от введенной дозы. Увеличению абсорбции цинка из ЖКТ способствуют белковая диета, пептиды и некоторые аминокислоты, которые, вероятно, образуют хелатные комплексы с металлом, а также этилендиаминтетраацетатом. Высокое содержание фосфора и меди в пище снижает абсорбцию цинка. Наиболее активно цинк всасывается в двенадцатиперстной кишке и верхней части тонкого кишечника.

Ртуть (d-элемент) - единственный металл, который находится в обычных условиях в виде жидкости и интенсивно выделяет пары. Из неорганических соединений ртути наиболее опасны металлическая ртуть, выделяющая пары, и хорошо растворимые соли Hg(II), образующие ионы ртути, действием которых и определяется токсичность. Соединения двухвалентной ртути токсичнее, чем одновалентной. Выраженная токсичность ртути и ее соединений, отсутствие данных о сколько-нибудь заметных положительных физиологических и биохимических эффектах указанного микроэлемента заставляли исследователей относить его не только к биологически ненужным, но и опасным даже в ничтожных количествах из-за его широкой распространенности в природе. В последние десятилетия, однако, появляется все больше свидетельств и мнений о жизненно важной роли ртути. Надо отметить, что ртуть - один из самых токсичных металлов, она постоянно присутствует в природной среде (почве, воде, растениях), может в избытке поступать в организм человека через ЖКТ вместе с пищей и водой. Неорганические соединения ртути слабо всасываются в ЖКТ, в то время как органические, например метилртуть, абсорбируются почти полностью.

Свинец, относящийся, как и олово, к p-элементам и являющийся в современную эпоху одним из наиболее распространенных металлозагрязнителей окружающей среды и, прежде всего, воздуха, к сожалению, в значительных количествах может поступать в организм человека ингаляционным путем. Свинец в виде нерастворимых соединений (сульфидов, сульфатов, хроматов) плохо всасывается из ЖКТ. Растворимые соли (нитраты, ацетаты) всасываются в несколько больших количествах (до 10%). При дефиците кальция и железа в пищевом рационе абсорбция свинца увеличивается.

Из приведенных выше данных о распределении, накоплении и превращении ряда тяжелых металлов видно, что указанные процессы имеют много особенностей. Несмотря на различия в естественной биологической значимости разных металлов, все они при избыточном поступлении в организм вызывают токсические эффекты, сопряженные с нарушением нормального хода биохимических процессов и физиологических функций.

Следует особо отметить то, что избирательное накопление и длительность задержки металлов в ткани или органе в значительной степени определяют поражение того или иного органа. Например, эндемические заболевания щитовидной железы в отдельных биогеохимических провинциях связывают с избыточным поступлением некоторых металлов и высоким содержанием их в самой железе. К таким металлам относят кобальт, марганец, хром, цинк. Еще хорошо известно поражение центральной нервной системы при отравлениях ртутью, марганцем, свинцом и таллием. Выведение металлов из организма в основном осуществляется через ЖКТ 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, прочности связи последнего с биолигандами и длительности его действия на организм. Например, разные соединения хрома выделяются из организма через кишечник, почки, с грудным молоком. Так соединения Cr(VI) превосходят по скорости выделения Cr(III). Лучше растворимый хромат натрия выделяется преимущественно через почки, а слаборастворимый хлорид хрома - кишечным и почечным путями. К другим металлам, которые выводятся двумя основными путями (через ЖКТ и почки), относят никель, ртуть и др. Нерастворимые соединения никеля даже при разных путях поступления в большем количестве выделяются через кишечник. Таким образом, выведение избыточных количеств разных металлов из организма человека является сложным биокинетическим процессом. Во многом он зависит от путей трансформации металлов в органах и тканях и скорости элиминации из них.

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 гонадотропное, эмбриотоксическое, канцерогенное, мутагенное действие.

По опасности для здоровья человека тяжелые металлы делятся на следующие классы:

• 1 класс (самый опасный): Cd, Hg, Se, Pb, Zn
• 2 класс: Co, Ni, Cu, Mo, Sb, Cr
• 3 класс: Ba, V, W, Mn, Sr

Токсичность тяжелых металлов в организме человека.

В таблице показана зависимость здоровья человека от уровня загрязнения тяжелыми металлами.

Современный человек знает все о здоровье. Он ратует за органическую пищу и получает столько физических упражнений, сколько его тело может вытерпеть. Он медитирует, борется со стрессом и принимает витамины. Он все делает правильно, но почему же неприятные симптомы не только сохраняются, но и преумножаются с каждым днем?

Что мы упускаем?

Тело испытывает усталость. Каждая вторая женщина знакома с мигренью, люди после 30 лет знают о том, что такое боли в суставах. Совершая свою ежедневную работу, мы чувствуем, как мозг затуманен, а медлительность является нашей верной спутницей. Воспалительные процессы в организме, запоры, пищевые расстройства, восприимчивость к инфекциям, нервозность, кожные высыпания, бессонница и плохая память - вот далеко не все симптомы, которые известны каждому. К сожалению, все они распространены, и если у вас имеется один из них на регулярной основе, наверняка вы пересмотрели множество специализированных сайтов в Интернете в поисках ответа. Вы записываетесь на прием к врачу и настаиваете на обследовании. Но даже если вам назначено лечение, оно оказывает эффект лишь на короткий срок. По прошествии двух или трех месяцев все возвращается на круги своя. Так что же мы упускаем из виду?

Мы живем среди токсинов

Наше существование насквозь пропитано токсинами. На ежедневной основе в тело современного человека проникают тяжелые металлы и другие опасные химические вещества. Куда ни глянь, везде нас подстерегает опасность, но мы уже привыкли к этому и предпочитаем не замечать ни атмосферных выхлопов, ни воздействия пластмасс, ни токсичности моющих средств. Даже овощи на грядках - и те подвергаются воздействию новейших химических удобрений. Токсины присутствуют не только в атмосфере, они проникают в водоемы с осадками, находятся в наших жилищах, в нашей пище. Человек привык к ядам и медленно, но верно убивает себя.

Особенно опасны тяжелые металлы

Однако если вы на постоянной основе имеете один из перечисленных выше симптомов, вы можете найти виновника уже сейчас. Токсичные тяжелые металлы представляют собой самую главную угрозу для организма человека. Ртуть, мышьяк, алюминий, кадмий, никель, свинец и медь легко проникают в наши тела и поражают различные органы. Однако диагностировать их присутствие не всегда удается. А посему перед нами предстает практически неуловимый противник. Он хорошо скрыт внутри тела и ни за что не раскроет себя, даже если вы будете хорошо искать.

Они присутствуют повсеместно

По мнению экспертов, токсичные тяжелые металлы присутствуют везде, они находятся в вещах, с которыми человек контактирует на ежедневной основе, в предметах быта, батареях, металлической посуде, старой краске, алюминиевой фольге и банках. Даже в органическую пищу они проникают благодаря пестицидам и гербицидам. В результате большинство из нас вынуждено носить в себе тяжелые металлы. Причем их количество с каждым днем лишь увеличивается. К сожалению, чем старее накопленные «залежи», тем большую угрозу для человека они собой представляют. Единственным разумным выходом может стать детоксикация.

Как скрытый враг ведет себя в организме?

Как известно, любое химическое соединение вступает с другими веществам и в реакции. Так, например, тяжелые металлы под действием кислорода окисляются, тем самым вызывают повреждение окружающих тканей. В свою очередь, это дает старт различным воспалительным процессам, причем ущерб может быть нанесен каждой системе и каждому органу. Эти опасные химические соединения могут воздействовать на мозг, печень, пищеварительный тракт, они поражают нервную и иммунную систему. Таким образом, люди становятся уязвимыми к другим, более опасным заболеваниям.

Ртуть как яд с многовековой историей

Этот химический элемент особенно коварен для тела человека. На протяжении всей нашей истории он был ответственен за невообразимые людские страдания. Вот неполный список недугов, вызванных ртутью: биполярное расстройство, аутизм, неврологические заболевания, эпилепсия, приливы, учащенное сердцебиение, судороги, помутнение сознания, выпадение волос, мигрень, эндокринные расстройства, депрессия, потеря либидо. По мнению экспертов, львиная доля депрессивных расстройств может быть связана с этим опасным химическим элементом. Любопытно, что когда-то человечество шло по ложному следу. Древняя китайская медицина считала ртуть лекарством, то же самое относилось и к западному миру в 18 веке.

Все изменилось к началу 20 века, когда мир переживал бум производства шляп. Ртуть использовали для ускорения процесса валяния, а шляпники умирали один за другим. Уже через 3-5 лет работы на производстве человек мог обезуметь. Отсюда произошел знаменитый термин «безумый шляпник». Однако и люди, которые в то время носили фетровые шляпы, подвергали себя токсичному воздействию каждый раз, когда надевали этот аксессуар на голову.

Наше поколение пожинает плоды неудачных экспериментов предков

Теперь медицина полностью отказалась от использования ртути в качестве живительного эликсира, но мы пожинаем плоды неудачных экспериментов наших прадедушек и прабабушек. Заводы и фабрики в начале прошлого века сбрасывали ртуть в водоемы, а это значит, у наших предков не было возможности стать долгожителями. Они заработали серьезные недуги, и с большой долей вероятности передали их нам. По всей видимости, сейчас на Земле не отыщется человека, в организме которого не было бы ртути. Возможно, это сделало наши тела более терпимыми. И это похоже на законы гомеопатии. Однако в дополнение к той части ртутных запасов, с которыми человек рождается, он добавляет в свое тело все новые и новые порции в течение всей своей жизни.

Соединения тяжелых металлов

Если в теле человека находятся сразу несколько тяжелых металлов, они будут вступать в реакции друг с другом. Тем самым все эти химические элементы образуют твердые соединения. В промышленных условиях металлы смешивают для того, чтобы придать им большую силу и прочность. В нашем случае комбинация нескольких металлов также способна усилить воздействие каждого из них. Ртуть хорошо взаимодействует со свинцом, а никель - с алюминием. Но каждый человек имеет свою собственную уникальную смесь химических элементов, которые могут оказывать непосредственное влияние на течение того или иного заболевания. Именно поэтому вы никогда не встретите двух людей с одинаковыми симптомами депрессии или других неврологических расстройств.

Как вывести тяжелые металлы?

Возможно, кто-то из нас уже прибегал к процедуре хелатотерапии, при которой в тело человека вводятся вещества, предназначенные для удаления тяжелых металлов. Если же вы не приветствуете радикальные меры, вам вполне подойдут эксперименты в виде приема пищевых добавок или продуктов, способных удалять токсины из организма. Однако, используя в рационе только один или два очистительных продукта, невозможно добиться желаемого эффекта. Важно составить определенную диету.

Список продуктов для детоксикации

Спирулина - съедобные водоросли, способные вытягивать токсины из мозга, нервной системы, печени. Порошок следует принимать по две чайные ложки, смешивая его с водой, кокосовой водой или соком.

Экстракт молодых побегов ячменя или сок ячменя хорошо выводят тяжелые металлы из селезенки, желудочно-кишечного тракта, щитовидной железы и репродуктивной системы. Принимают по 1-2 чайных ложки, смешивая в воде или соке. Также экстракт ячменя хорошо «дружит» со спирулиной.

Кориандр способен проникнуть в самые труднодоступные места и вывести старые "залежи". Щедро добавляйте продукт в пюре или салаты.

Дикая черника выводит токсины из мозга и восстанавливает любые повреждения в результате окисления. Только дикие ягоды содержат уникальные фитонутриенты и мощные антиоксиданты.

Водоросли дульсе могут выводить свинец, алюминий, кадмий, никель и медь. Этот продукт является мощной силой для удаления ртути. Он вступает с токсином в реакцию и готовится покинуть тело, захватив с собой врага. Принимают его с пищей ежедневно по две столовые ложки.

Все эти пять продуктов являются лучшей группой захвата по обнаружению и захвату тяжелых металлов в организме. Каждый из них в отдельности не настолько эффективен. Совсем не обязательно употреблять все ингредиенты за один присест. Лучше распределить их равномерно в течение дня. Стандартный курс детоксикации проводят в течение 1-3 недель.

Одними из наиболее вредных, если не наиболее вредными металлами для человека являются кадмий, ртуть и свинец. К сожалению, именно отравления и интоксикации этими металлами можно встретить чаще всего. Обычно загрязненные продукты питания попадают к нам на стол, и так происходит проникновение тяжелых металлов в наш организм.

Эти вещества не разлагаются за короткий срок термической обработки, и могут доставить нам много неприятных минут. Конечно же, не все металлы представляют угрозу для нашего организма. Такие металлы как: марганец, медь, хром, железо, цинк и др. наоборот нужны нашему организму, пусть и в крошечных количествах. А вот ртуть, кадмий и свинец – опасные металлы. Наш организм не нуждается в лишнем балласте. Большие их количества в теле могут привести к необратимым трагическим последствиям.

Свинец

Тяжелые металлы постепенно накапливаются в нашем организме, поднимая допустимую концентрацию до опасного уровня. Взять хотя бы свинец – этот металл присутствует в, казалось бы, обычном напитке – пиве. Может он попасть в тело вместе с продуктами, которые были упакованы в таре содержащей свинец. Отравлением этим веществом у каждого может проявиться индивидуально: все зависит от здоровья человека, и от количества, попавшего в тело свинца. Поэтому, врачи затрудняются поставить точный диагноз. Вообще, свинец в организме приводит к анемии, тошноте, запору, проблемами со щитовидной железой, бессоннице, депрессиям, анемии. Тяжелые отравления веду к почечной недостаточности, слепоте, как временной, так и постоянной, судорогам, и летальному исходу.

Кадмий

Теперь немного о кадмии. Это такой себе канцероген. Содержится он в батареях, красках, химических удобрениях. Промышленная деятельность человека является не последним способом, которым этот металл попадает в окружающую среду. Если долго жить в местности, где заводы часто выбрасывают в атмосферу такие вот вещества, есть большая вероятность заболевания почек, легких и высокое давление. Кадмий деморализует кости, что приводит к частым переломам, даже по не значительному поводу. Накопленный в организме, он ведет к раку поджелудочной железы и простаты.

Ртуть

Металл вызывает невралгию. Есть пломбы из амальгамы, в стоматологическом деле, и некоторые виды пестицидов, которые содержат ртуть. Безусловно, сельскохозяйственные продукты, впитавшие в себя эти пестициды, будут заражены. Если у вас отравление метил ртутью (одно из соединений ртути), может исчезнуть зрение, набухнуть десна, появится кожная сыпь, усталость, головная боль. Координация движений будет нарушена, центральная нервная система и почки подвергнуться несопоставимым с нормальным функционированием нагрузкам. Если беременная женщина, подвергнется воздействиям метил ртути, то плод наверняка родится с дефектами, и неврологическими отклонениями. Если вы хотите получить самые точные результаты содержания металлов в организме, необходимо сдать волосы на минеральный анализ.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Тяжёлые металлы - это химические элементы, имеющие относительно большую атомную массу. К тяжелым металлам относятся свинец, ртуть, цинк, медь. Учувствуют в круговороте веществ, накапливаясь в окружающей среде. Они приводят к загрязнению природную среду и могут относиться к токсичным веществам для организма. В настоящее время существует множество различных определений, что такое тяжелые металлы. Характеристика их в зависимости от определений будет включать разные элементы. Здесь используются такие критерии, как плотность, атомный вес. Например, если атомный вес больше 50, то в классификацию включаются все металлы, несмотря на их плотность.

Если же в качестве критерия берется плотность, равная плотности железа, то в классификацию включаются ртуть, медь, свинец, кобальт. Так, например, олово, которое меньше по плотности железа, в список не входит. Одни классификации не относят благородные металлы и редко встречающиеся к тяжелым металлам. Другие не включают в этот список такие металлы как железо и марганец.

Понятие тяжёлых металлов рассматривают в основном не с их химическими свойствами, а с медицинской и социальной точки зрения. В этом случае учитывают их биологическую активность и влияние на организм. Также, в каком объёме их используют в жизнедеятельности человека.

Биологическая роль

Основная масса тяжёлых металлов (медь, цинк, железо), принимают участие в метаболизме веществ. А также в некоторых объемах являются нужными для жизнедеятельности живых организмов, в том числе человека. Тем не менее, доказано вредное действие тяжелых металлов на организм человека. Так как обладают способностью накапливаться в органах и тканях, вызывая некоторые болезни. Некоторые элементы, такие как свинец, ртуть не участвуют в обмене веществ и не являются полезными для организмов. Их относят к токсичным металлам. Однако, некоторые металлы, могут быть токсичными для одних организмов и полезными для других.

Вследствие недостаточного очищения сточных вод предприятий, тяжелые металлы в воде водоемах, рек и озер отравляют экологические системы. Люди употребляют загрязненную воду, орошают ею поля и сельские массивы. Появление тяжелых металлов в почве связано с их оседанием вместе с пылью из загрязненного воздуха. Кое-какие соли тяжелых металлов обладают хорошей растворимостью в воде. Это приводит к тому, что они приобретают способность проникать в растения. Где начинают накапливаться, а затем человек употребляет их в пищу.

Курящие люди выдыхают дым, который содержит кадмий. Безусловно, если сравнивать с промышленными выбросами кадмия, то это незначительное количество. Однако курильщики находятся рядом снами, в отличие от заводов по обрабатыванию металлов, следовательно, надо рассматривать и этот фактор.

Большинство тяжелых металлов находятся в составе сельскохозяйственных химических веществ. Токсичное действие пестицидов используется в сельском хозяйстве, для борьбы с вредителями и болезни растений. Во многих из них содержится медь.

Металлы попадают в нашу среду при помощи бытовых стоков, дыма и пылью от промышленных производств. Они могут образовывать относительно прочные комплексы.
Благодаря их быстрой растворимости, хорошо переносятся с водой. Не все тяжелые элементы, к которым относят металлы более 40 элементов, обладают токсичностью, хорошей стойкостью и масштабностью распространения. Поэтому контроль над ними в четыре раза меньше, чем их число.

Большое количество комплексов тяжёлых металлов попадает в мировой океан, посредством захоронения различных отходов и атмосферы. Для морских обитателей большую опасность представляют такие элементы, как свинец, ртуть.

Полезные свойства

Конечно, не все тяжелые металлы являются опасными для человека, некоторые вещества являются для нас необходимыми.

Железо является жизненно важным элементом для человека. Оно принимает участие в образовании белка кров (гемоглобина), а также входит в состав различных ферментов.

Его потребность для взрослых людей за сутки должна составлять около 10-20 мг. Тем не менее, железо и его соединения могут стать токсичными в зависимости от количества, растворимости и. т.д.

Медь относится к жизненно необходимому элементу. Он встречается в большом количестве гормонов, витаминов и ферментов. Влияет на процессы роста и развития человека. При его недостатке происходят серьезные нарушения в обмене веществ. Потребность за сутки для взрослого населения должна составлять человека 30-40 мкг/кг веса тела, для ребятишек – 70 мкг/кг. Если количество меди превышает 10 мг/кг, это может придавать вкус металла продуктам питания. Часто отравления ее идут в совокупности с другими металлами (свинцом, цинком). Может вызывать нарушения функционирования органов брюшной полости, нервной системы, а также мутации. Летальной дозой может послужить количество меди равное 10 г/кг.

Воздействие тяжёлых металлов на человека

Большая часть тяжелых металлов представляют собой катализаторы, участвующие в химических реакциях. То есть являются химическими веществами, которые ускоряют реакцию, но не входят в состав веществ этой реакции. Действие тяжелых металлов начинается на клеточном уровне. Таким образом, они воздействуют на строение и функцию клеток, в результате замедления в ферментативных реакциях. Также они могут замедлять работу ферментов дыхания в митохондриях. Ионы металлов распространяются среди многих тканей. Не всегда вредность воздействия тяжелых металлов на организм человека пропорциональна количеству металла попавшего в организм. Например, основная часть свинца присутствует в костях, но его токсичные проявления осуществляются из-за оставшейся минимальной дозы, находящейся в других тканях. В некоторых случаях металлы в организме человека могут послужить толчком для развития онкологии у человека. Потому как мышьяк, хром, никель относят к канцерогенам. Ученые связывают это с тем, что данные элементы могут воздействовать на ДНК клеток.

Воздействие на органы и системы

Почки относятся к органу, который отвечает за выведение веществ из организма. Поэтому металлы легко действуют на нее при их экскреции. Основные металлы, обладающие нефротоксическим действием, это ртуть и кадмий. Клетки нервной системы страдают тоже, особенно это касается органоминеральных соединений. Такое токсическое соединение как метилртуть, может проникать из кровеносного русла в нервную систему. Вызывает заболевание, которое называется болезнь Минамата.

Органы дыхательного аппарата поражаются при вдыхании паров, содержащих тяжелые металлы. При остром воздействии, это приводит к воспалительным процессам дыхательных путей. Если воздействия металлов имеет хроническое течение, то это может привести к злокачественным новообразованиям.

Металлы способны вызывать дисфункцию органов репродукции, как у женщин, так и мужчин. Это связано с влиянием их на эндокринную функцию. Не исключается, и прямое влияние на репродуктивные органы. Например, свинец может накапливаться в органах половой системы у мужчин, вызывая их дегенерацию и замедление образования сперматозоидов.

Многие опыты, определяющие токсичность элементов, берут за основу только вероятность летального исхода, т.е острую токсичность вещества. Впрочем, постоянное хроническое их действие, пожалуй, является важнее как на уровне индивидуума, так и социума.

Постоянное влияние тяжелых металлов на человека может повлечь за собой следующие проявления:

• изменения строения органов;
• замедление роста организмов, полового развития и размножения;
• изменения поведения (снижается способность опасаться хищников и.т.д);
• изменения на генном уровне.

Для того чтобы избежать этих последствий необходимо:

1. Уменьшить поступление токсических элементов в организм
2. Переводить их в неактивную форму.

Клиническая картина отравления организма металлами

Каждый человек подвергается действию тяжелых металлов каждый час. Не только люди, живущие в больших задымленных промышленных городах, но и те, кто живет в деревнях с чистым воздухом. Потому как данные элементы непрерывно находятся в воде, воздухе.

Часто признаки отравления металлами не так легко распознать. Потому как симптомы схожи с симптомами различных хронических заболеваний, возрастными изменениями. Для точной постановки диагноза отравления, необходимо провести лабораторное исследование.

Бывают случаи острых отравлений, которые затрагивают целые населенные участки. Например, при отравлении ртутью, которое в большинстве случае развивается при употреблении речной рыбы, водорослей, раков и моллюсков. При большом выбросе ртути предприятиями, может появиться болезнь Минамата у жителей близлежащего поселения. Это заболевание затрагивает большей частью нервную систему. Таким образом, клиническая картина будет содержать различные неврологические симптомы (потеря зрения, слуха, параличи и парезы). Данный элемент обладает плохой способностью выводиться из организма, следовательно, плохо поддается лечению.

При отравлении кобальтом, даже минимальным количеством, может привести к анемии, дисфункции щитовидной железы. А главное он негативно влияет на выработку витамина В12. Вследствие этого произойдут нарушения в кровеносной системе, нарушится функция печени и нервной системы.

Большая концентрация тяжёлых элементов приводит к мутациям, которые могут передаваться генетически. А мутанты в свою очередь склонны к порокам развития.

Основные симптомы отравления при всех тяжелых металлах:

• изменения со стороны пищеварительной системы (тошнота, рвота, боли в животе, нарушения стула);
• изменения со стороны сердечно-сосудистой системы (повышение артериального давления, одышка)
• изменения со стороны почек и печени
• неврологические симптомы.

В связи с трудностью диагностики отравления, необходимо внимательно относиться к продуктам, которые мы используем в пищу. Особенно это касается морепродуктов. Лучше употреблять бутилированную воду для питья, если вы проживаете в большом промышленном городе. Остерегайтесь продуктов, выращенных около автомобильных и железных дорог.